Brevet FR3008630A1 — publié le 20150123

- I - La présente invention concerne un procédé pour la production de structures ou de parties de celles-ci, de toute taille et dimensions, avec un matériel très résistant, et en même temps très souple ou rigide, en fonction de l'application, légèr et protégé superficiellement avec un traitement de pulverisation qui permet des ultérieur traitement par des peintures, même avec des peintures au solvant. Comme on le sait les matières plastiques expansées telles que le polyéthylène, le polypropylène, ou les polymères expansé en général, sont aujourd'hui recherchés sur le marché pour leur prix, facilité dans la réalisation de structures et un poids léger par rapport à d'autres matériaux, qui sont toutefois choisi car ils ont, au détriment des matières plastiques, d'excellente finitions de surface et des couleurs qui aujourd'hui, le marché de plus en plus exige. En effet, aujourd'hui, les matières plastiques telles que le polypropylène expansé ne peut 'être coloré qu'avec addition de pigments, mais sa surface reste encore un agrégat de petites sphères et ne devient jamais une surface homogène, et lisse. Le résultat de finition resterait insatisfaisant, même, en utilisant le traitement de surface avec n'importe quel type de technique de peinture ou de revêtement connues. Les matériaux sur le marché, comme la fibre de carbone ou fibre de verre composite, sont choisis, en dépit de leur coût élevé et les difficultés énormes pendant la production, parce qu'ils possèdent des qualités de légèreté, résistance, élasticité et de beauté, caractéristiques aujourd'hui que les marchés cibles, tels que l'automobile et la construction navale, l'exigent. Bien que les technologies actuelles dans l'industrie des plastiques permettent aujourd'hui la réalisation de structures de toute dimension avec des machines rapides et parfaites dans la production, tout en conservant les caractéristiques de légèreté et élasticité ou rigidité, on ne résout pas, cependant, le problème de la finition de surface qui attribuent la beauté à la structure sans l'alourdir, et sans enlever ou changer les caractéristiques d'élasticité ou rigidité, mais plutôt, dans certaines applications offrent une résistance mécanique accrue due à des renforts structurels, utilisant des fibres ou d'autres matériaux, directement intégré dans la couche de finition. La fibre de verre, se compose de résines de polyester, phénolique ou époxy renforcée par de fibres de verre est pourvu d'une résistance mécanique élevée et de légèreté. Aujourd'hui, la fibre de verre est utilisée dans la construction de coques de bateau et de carrosseries de voiture. Les limitations technologiques dans l'utilisation de la fibre de verre ainsi que d'autres matériaux composites sont due à la nécessité de procéder à une réaction chimique au cours du processus de production, dans des conditions difficilement contrôlables. La mise en oeuvre de la fibre de verre, est soumise à un travail artisanal et nuisible à la santé des travailleurs, les temps de réalisation sont aussi très longs et aussi très coûteux. Le produit pris comme exemple, présente aussi des défauts tels que l'osmose, l'intrusion de l'air, la délamination avec détachements de la matière que la présente invention élimine complètement. - 2 - Pour profiter de l'excellente caractéristique de légèreté et de parfois aussi de résistance mécanique des matières plastiques, il faut développer par le biais d'un procédé industriel, le problème de leur finition superficielle à l'heure actuelle non encore résolu. Tâche technique proposée de la présente invention est donc de fournir un procédé industriel qui permet la production de structures de toute taille, en matière plastique qui puisse résoudre efficacement le problème de la finition de surface et donc des colorations successives tel que requis par le marché et indisponible jusqu'à aujourd'hui dans cc secteur. Dans le même temps, pour certaines applications, la tâche technique proposée par la présente invention est de remplacer l'utilisation de matériaux connus, tels que la fibre de verre dans le secteur naval, en éliminant les inconvénients techniques, tels que la toxicité des matériaux transformés, la complexité de production et les aspects économiques des technologies actuelles. Ce processus permet donc aux plastiques expansé de remplacer, dans le secteur naval, la fibre de verre par exemple avec le polypropylène expansé, dans l'industrie du meuble, remplacer le bois, dans l'industrie de automobile, le métal, vue que en résolvant complètement le problème de la finition de surface il est également possible d'assurer une résistance mécanique élevée en intégrant dans la même finition, si le système n'est pas suffisant par lui-même, des renforts en fibres ou d'autres matériaux requis par certaines applications tout en gardant de la légèreté caractéristique d'excellence des matières plastiques en particulier du polypropylène expansé. En fait, aujourd'hui, dans de nombreuses applications dans différentes industries, la légèreté des matériaux est fondamentale et, à ce jour, si un matériel est léger, il n'est pas esthétique ou si il est esthétique il n'est pas résistant, dans le cas qu'il soit est esthétiquement beau à voir et léger, il est impossible de le produire industriellement avec une taille considérable ou si il est esthétique et léger il n'est pas économiquement et écologiquement avantageux de le produire. Ce procédé industriel permet une utilisation des matière plastiques, tels que par exemple la polypropylène expansée, d'une façon techniquement appropriées et avec une productivité avantageuse en place des matériaux couramment utilisés aujourd'hui tels que l'acier, le bois, la fibre de verre, fibre de carbone, où évidemment le type d'application le permet, comme la construction d'un bateau démontable, léger, avec une belle finition, avec résistance mécanique, facile à manoeuvrer, facile à transporter et incoulable, un objet de design avec une géométrie complexe, facile à produire et avec différentes finition esthétiques, les composantes d'une voiture, résistants mécaniquement, durables, avec belle finition, et qui réduisent la consommation de carburant due au gain de poids de la voiture ou qui permet d'augmenter l'autonomie d'une voiture électrique en gardant le même poids et en augmentant le nombre de batteries etc. Le bateau, réalisé avec le procédé utilisant le polypropylène expansé recouvert d'une couche de polyuréthane, est sans doute meilleur et peut remplacer la fibre de verre aujourd'hui connue sur le marché. Avec cette procédure on arrive à obtenir la même finition et la même résistance en ajoutant une réduction importante de poids. Cette réduction conduit à l'économie de - 3 - carburant du moteur. Dans ce cas le polypropylène prend forme grâce à une machine à fraiser qui suive exactement le projet. Cette machine, à laquelle sont assignés certains paramètres, optimise les temps de traitement en fonction du coût et de la qualité et garantie la reproductibilité de la structure. Cette procédure permet directement la production du bateau sans avoir besoin de réaliser un moule comme il est nécessaire pour la fibre en verre, en éliminant totalement une phase productive. Donc ce processus est plus rapide et économique, garantie la qualité, assure une parfaite reproductibilité et s'il faut faire des modifications il est possible sans devoir créer un nouveau moule. Enfin la méthode de finition avec le polyuréthane sur la surface d'un matériel plastique élimine l'utilisation de matériaux qui nécessitent d'un traitement laborieux et nocif pour l'environnement et la santé. Ces structures ou ses parties sont produites par des machines pour le découpe comme le pantographe à fil chaud ou à rayon laser ou à lame ; ou par des machines à fraiser comme robot ou machines à commande numérique équipées d'ustensile de fraisage ; ou sont obtenues par des machine pour le moulage. Ces machineries sont toutes disponibles sur le marché. Ensuite, les structures ou ses parties en polypropylène expansé et/ou polymères expansés sont finit avec une couche de polyuréthane flexible ou rigide d'épaisseur spécifier. Le traitement de polyuréthane est effectué par une machine de pulvérisation en utilisant un pistolet à double sortie pour mélanger le deux composants du polyuréthane : le polyol et l'iso cyanate. Le machine a aussi deux mesureurs de température et deux mesureurs de pression ; un pour chaque élément. Les deux températures doivent permettre le chauffage du polyol et de l'iso cyanate pour assurer un parfaite mélange au but d'obtenir une bonne nébulisation de polyuréthane et donc une bonne distribution sur les surfaces sans bulles d'air ou grumeaux. Ces températures sont décidées selon les différentes applications et sont définies dans une gamme de 25 à 45 degrés. Les pressions seront ajustées en fonction de la température. Soit le machine de pulvérisation que le pistolet sont disponibles sur le marché. Après la phase optionnelle de ponçage de la surface suit un traitement de vernis choisit pour embellir les structures comme celui utilisé par le carrossier, qui peut nécessiter d'dessiccation au four. Des fois s'il est nécessaire il faut réaliser des fixages mécaniques ou chimiques en cas de dimensions considérables. Des fois il est possible aussi renforcer la structure avec une armure ou en mettant des fibres à l'intérieur. Des fois s'il est nécessaire il est possible appliquer les renforcements sur la surface après la phase de pulvérisation ou les fibres peuvent être mélangées avec un pistolet spécial au polyuréthane pendant la phase de pulvérisation du même. Dans le dernier cas on devra modifier la ligne de pulvérisation en introduisant une bobine coupe-fibre comme celui utilisé pour la résine polyester et il faut adapter le pistolet avec une commande pneumatique qui gère la répartition et le coupage (longueur) de la fibre. Le traitement de pulvérisation permet le renforcement de la structure ou de ses parties sans modifier sa qualité de légèreté typique des matériaux plastiques expansés. Dans cette procédure industrielle on préfère - 4 - utiliser la fibre de polypropylène parce que c'est un renforcement structurel très léger disponible sur le marché. En effet un des buts de l'invention est celui de donner aux matériaux plastiques expansés une efficace résistance et une belle finition superficielle sans altérer ses caractéristiques de légèreté, cause de beaucoup d'avantages en plusieurs applications du marché. Cette couche de polyuréthane durcit très vite et après une phase facultative de ponçage il est possible appliquer toutes les finitions voulues y inclus la peinture à solvant qui rendent les structures esthétiquement plus agréables au but de répondre aux exigences toujours plus fort des marché de référence comme celui des automobiles et des bateaux. La couche de polyuréthane pulvérisé sur la surface de polypropylène expansé rend le matériel ainsi obtenus homogène. Cette importante caractéristique rend le matériel ainsi obtenus homogène. Cette importante caractéristique rend le composite plus efficace parce qu'il conserve ses caractéristiques dimensionnelles et le matériel recouvert ne subit pas de changement chimique ou physique. La parfaite adhérence entre les deux matériaux : polypropylène expansé, préféré mais pas exclusif et le polyuréthane, garantie la conservation de l'élasticité du polypropylène, déjà utilisé dans le secteur de l'automobile, et ajoute une grande résistance mécanique tout en rendant possible une finition esthétique. Plus précisément on commence la procédure en partant de blocks de polypropylène expansé de dimensions choisis selon le projet. A l'aide d'une machine, contrôlé par un software, à laquelle on impose une vitesse d'avancement et le parcours de l'ustensile, cette opération se fera dans un temps établi. La machine ne devra pas s'arrêter pour faire le changement d'ustensile parce qu'elle s'occupe exclusivement de la finition et pas de l'ébauchage, comme par exemple il faut faire pour l'acier, le bois ou pour d'autres matériels. Au contraire de ce qui arrive pendant le traitement de l'acier la vitesse d'avancement est élevé parce que ici ce n'est pas nécessaire avancer en toute sécurité parce que l'ustensile n'est pas trop soumis à l'usure et le matériel n'est pas trop cher. La structure, ainsi obtenue en matériel expansé, est mise dans une cabine de peinture équipée d'un filtre pour l'élimination des poudres sèches et on commence le traitement avec le polyuréthane pulvérisé. Un but de l'invention est celui de réaliser un matériel esthétiquement agréable, très léger, élastique ou rigide selon les applications, et très résistant. Un autre but de l'invention est celui de réaliser un matériel avec un processus très productif. Un autre but de l'invention est celui de réaliser des structures qui permettent grâce à leur légèreté l'économie de carburant en assurant les mêmes performances surtout dans les secteurs de l'automobile et naval. Un autre but de l'invention est celui d'obtenir une procédure, pour la production de structures de toutes les dimensions avec ce matériel, qui soit productive, parce que simple et 35 économique. Un autre but de l'invention est celui de réaliser une procédure et un matériel respectueux de l'environnement et de la santé des travailleurs. - 5 - Un autre but de l'invention est celui de réaliser un processus d'où on va à créer des structures conçues avec un matériel meilleur, quelques fois de remplacement et plus économiques par rapport à ceux qu'on trouve en vente aujourd'hui. Autre but de l'invention est de réaliser un procédé utilisant des machines, des équipements et matériaux déjà existants et disponibles sur le marché. Puisque le processus a résolu le problème du finissage superficiel en mettant en oeuvre, au même temps, la rigidité et la résistance mécanique, mais avec une légèreté qui est propre des matériel plastiques expansées, par exemple créer un bateau démontable. EXAMPLE 1 On va décrire la structure d'un bateau démontable en Polypropylène expansé. On commence la procédure en partant d'un block de polypropylène expansé de dimensions choisis selon le projet, dans cet exemple cinq mètres de long avec deux mètres de largeur, et deux mètres de hauteur. Cependant, le block doit avoir un volume suffisant à créer le bateau devisé en deux pièces (fig.1). Définis la vitesse d'avancement et le parcours de l'ustensile de la machine, équipée de software approprié, le processus va se conclure âpres le temps établi, dans ce cas, huit heures en continue. La machine ne devra pas ralentir son parcours, puisque pour ce type de matériels expansés, il n'est pas nécessaire changer l'ustensile, vu que il faut seulement effectuer le processus de finissage, et pas celui d'ébauchage, comme dans le cas de l'acier ou du bois. Les deux parties ainsi obtenue, sont ensuite traitez dans une cabine de vernissage, munie du filtre anti-poudre à sèche. Ici on va commencer le traitement de pulvérisation du polyuréthane, en couvrant dans ce cas, toutes les surfaces avec une couche de deux mm. Sur la base des caractéristiques de rigidité et résistance à la compression qu'on veut obtenir, pour cette phase on va utiliser un polypropylène expansé de densité vingt kg/mc et un polyuréthane composé par polyol et iso cyanate en rapport de mélange 1:1, et caractérisé par : dureté Shore D 75 viscosité polyol : 800+/- 200 viscosité iso cyanate : 1000 +/- 200 La température des matériaux à insérer dans la machine de pulvérisation doit être quarante °C pour les deux. Un robot, en auto apprentissage, commence la pulvérisation des parts, grâce au pistolet qui mélange polyol et isodyname, et recouvre la surface avec un produit homogène. Toutes les surfaces seront couvertes par deux mm de solution polyuréthane, avec épaisseur constant. L'opération termine âpres une heure de pulvérisation. Il faut cinq minutes pour faire sécher le polyuréthane. Apres, les deux parties passent par une deuxième cabine de peinture, pour recevoir les couleurs désirées, dans ce cas en blanc avec peinture a base eau lucide. - 6 - Apres le temps d'dessiccation de la peinture, le bateau est facilement assemblé, et prêt pour être livré au client. EXAMPLE 2. On cherche à construire un pare-chocs d'automobile en polypropylène expansé. On commence la procédure en partant d'un block de polypropylène de dimensions choisis selon le projet, dans cet exemple deux mètres de long avec cinquante centimètres de largeur, et vingt centimètres de hauteur. Cependant, le block doit avoir un volume suffisant à créer l'entier pare-chocs. Définis la vitesse d'avancement et le parcours de l'ustensile de la machine, équipée de software approprié, le processus va se conclure âpres le temps établi, dans ce cas, une heure en continue. La machine ne devra pas ralentir son parcours, puisque pour ce type de matériels expansés, il n'est pas nécessaire changer l'ustensile, vu que il faut seulement effectuer le processus de finissage. Le pare-choc ainsi obtenu, est ensuite traitez dans une cabine de pulvérisation, munie du filtre anti-poudre à sec. Ici on va commencer le traitement de pulvérisation du polyuréthane, en couvrant dans ce cas seulement les surfaces externes, avec une couche de trois mm. Sur la base des caractéristiques de rigidité et résistance à la compression qu'on veut obtenir, pour cette phase on va utiliser un polypropylène expansé de densité trente kg/mc, quantité nécessaire de fibre courte de polypropylène contenue dans une bobine enroulée qui passe sur la ligne du pistolet et un polyuréthane composé par polyol et iso cyanate en rapport de mélange 1:1, et caractérisé par : dureté Shore D 75 viscosité polyol : 800+/- 200 viscosité iso cyanate : 1000 +/- 200 La température des matériaux à insérer dans la machine de pulvérisation doit être 40° pour les deux. Un robot, en auto apprentissage, commence la pulvérisation des parts, grâce au pistolet qui mélange polyol et isodyname, et recouvre la surface avec un produit homogène. Toutes les surfaces externes seront couvertes par trois mm de polyuréthane, avec épaisseur constant. En activant le commande pneumatique, compris avec le pistolet, on pourra livrer la fibre en propylène, à distribuer sur la surface du pare-chocs mélangé avec le polyuréthane, dans un temps de quinze minutes. L'opération terminée. Il faut cinq minutes pour faire sécher le polyuréthane. Apres, le pare-choc passe dans une deuxième cabine de peinture, pour recevoir les couleurs désirées, dans ce cas en rouge avec peinture à base eau lucide. - 7 - Apres le temps d'dessiccation de la peinture, le pare-choc est prêt pour être assemblé sur la sur la voiture, et prêt pour être livré au client. Ce processus ci, peut être réalisé aussi à l'aide des autres processus qu'ont déjà reçu le brevet, et élargis à la même inventrice. Précisément numéro : 2255400 (espagnol), 13733611 (italien), 1374067 (italien), 1390175 (italien). REVENDICATIONS1. Structure utilisée dans l'industrie navale et l'industrie automobile, caractérisé en ce qu'elle comprend un substrat en matière plastique expansée sur lequel est appliquée une couche de renfort, une couche de finition étant appliquée sur la couche de renfort. 2. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que le substrat comprend du polypropylène. 3. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que le substrat comprend un polymère. 4. Structure selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que le substrat est assemblé à partir de plusieurs blocs. 5. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la couche de renfort comprend du polyuréthane. 6. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la couche de renfort comprend un renfort structurel. 7. Structure selon la revendication 6, caractérisée en ce que le renfort structurel se présente sous forme de fibre. 8. Structure selon la revendication 7, caractérisée en ce que le renfort structurel comprend de la fibre de verre. 9. Structure selon la revendication 5, caractérisée en ce que la couche de renfort en polyuréthane est pulvérisée au pistolet. 10. Structure selon l'une quelconque des revendications 6 à 7, caractérisée en ce que le renfort structurel est pulvérisé au pistolet. 11.Procédé de réalisation d'une structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une première étape de réalisation d'un substrat en en matière plastique expansée sur lequel, aucours d'une seconde étape, est déposée une couche de renfort, une couche de finition étant appliquée sur la couche de renfort lors d'une troisième étape. 12.Procédé selon la revendication 11, caractérisée en ce que le substrat comprend du polypropylène. 13.Procédé selon la revendication 11 ou 12, caractérisée en ce que le substrat comprend un polymère. 14.Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisée en ce que la couche de renfort comprend du polyuréthane. 15.Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, caractérisée en ce que la couche de renfort comprend un renfort structurel.