Brevet FR3079446A1 — publié le 20191004

INTRODUCTION Une plaque thermoplastique peut manquer de résistance à la flexion et à la torsion. La plupart du temps, la méthode de renfort consiste à la rendre solidaire d'une armature métallique, comme à chaque fois que l'on veut renforcer une plaque, de quelque nature qu'elle soit. Deux besoins notoires concernent le renforcement de menuiseries (fenêtres, porte fenêtres, meubles) de grandes dimensions ou des dispositifs d'encapsulation de panneaux solaires de grandes dimensions. A côté des renforts métalliques, les propriétés mêmes des matériaux thermoplastiques permettent d'envisager des solutions alternatives, d'une part du fait de leur thermosoudabilité, emboutissabilité et pliabilité à chaud, et d'autre part du fait qu'il existe désormais au moins une résine thermoplastique à faible viscosité. Celle-ci est à base de Methylmethacrylate, génère un matériau transparent, et, de façon singulière, est compatible avec certaines méthodes de fabrication de profilés composites, comme la pultrusion. Par ailleurs, la demande de brevet « FR1771321 Panneaux thermoplastiques à hautes performances thermiques et lumineuses », émanant des mêmes demandeurs que les auteurs du présent document, décrit des plaques et des caissons en Methylmethacrylate et renforcés de fibres. Toutefois, cette demande de brevet ne décrit pas le présent procédé de renfort de ces plaques et caissons thermoplastiques en Plexiglas ou PolyMethylmethacrylate. Le Plexiglas ou PolyMethylmethacrylate Le Polymethyl Methacrylate ou PMMA, est un polymère du methylmethacrylate. Ses autres noms commerciaux sont Plexiglass, Altuglas, Lucite, Perspex , Setacryl, Crystalite, Nudec, et bien d'autres. Le PMMA peut être moulé par compression, injection, coulée, soufflage et extrusion. Les feuilles et plaques de PMMA sont facilement thermoformées. Elles peuvent être pleines ou alvéolées. Certaines plaques de PMMA sont destinées aux panneaux solaires à concentration et intégrent des lentilles destinées à concentrer les rayons du soleil. On peut facilement le métalliser. Le PMMA peut également être soudé par de nombreuses méthodes, par exemple par ultra-sons. Il existe une large gamme de compositions commerciales qui sont des copolymères avec différents co-monomères autres que le méthacrylate de méthyle. Avec le développement rapide de la polymérisation radicalaire contrôlée (PRC), un grand nombre de co-polymères blocs comme avec des methacrylates fluorés ont vu le jour. Le Butyl methacrylate parmi d'autres molécules peut être envisagé comme un co-monomère du polymethyl methacrylate. Une autre version polymérique du methymethacrylate, obtenue à partir de la résine ELIUM à faible viscosité de la société ARKEMA, ici dénommée résine PMMA-MMA, imprègne très facilement des fibres de renforts au prix de la perte de transparence. Cette résine permet des fabrications de composites avec des techniques telles que la pultrusion jusque-là réservées aux composites thermodurcissables. Ladite résine thermoplastique à faible viscosité est obtenue par des polymérisations différentielles du monomère methylméthacrylate MMA, ladite résine PMMA-MMA étant décrite entre autres dans les brevets de la société ARKEMA W02013056845A2, W02014013028A1, W02014135815, W02014135816 et WO 2017121750 Al. Ladite résine est commercialisée avec fibres, catalyseurs, additifs, activateurs, monomères de MMA, oligomères de MMA et homo-ou co-polymères de MMA. 2 Pultrusion et Thermo-compression Parmi de nombreuses méthodes de fabrication de composites, le présent brevet utilise avant tout la pultrusion et la thermo-compression. 5 La pultrusion est une technique de fabrication en continu, destinée à créer des profilés de section quelconque et constante, qui consiste à imprégner de résine des fibres longues par passage dans un bain, puis à les tirer à travers une longue filière chauffée qui contrôle la teneur en résine et détermine la forme de la section, 10 le passage dans la filière permettant d'écraser les fuseaux de mèches pré-imprégnées et d'obtenir une imprégnation régulière de la résine en éliminant l'air occlus dans lesdites fibres et à leur jonction, et donc sans les défauts dûs à une porosité ou un excès de résine. le renfort (tissu, mat, fibres) étant conditionné en bobine, 15 La principale limitation du procédé, outre les contraintes sur la géométrie des pièces, porte sur les directions des renforts ainsi mis en place. En effet, la pultrusion installe des renforts axiaux (ce qui conduit à des comportements fortement anisotropes, avec des propriétés mécaniques satisfaisantes en résistance à la flexion, 20 mais non-optimales en ce qui concerne la résistance au fluage et à la compression). Une méthode de fabrication complémentaire existe, dénommée le « pull-winding ». Le pull-winding consiste à effectuer un enroulement filamentaire autour d'une âme obtenue par pultrusion et permet donc d'obtenir deux directions de renforts. 25 Le thermo-estampage est une mise en forme selon un procédé discontinu par compression à une pression allant jusqu'à 20 bars, tandis que la thermo-compression est elle aussi une mise en forme selon un procédé discontinu par compression à des pressions de 100 à 300 bars en moyenne, avec un grand écart-type. Il est possible de thermo-comprimer des profilés thermoplastiques pultrudés, voire même des 30 profilés thermoplastiques fabriqués par pull-winding ou enroulement filamentaire. Il est possible de thermo-comprimer des déchêts broyés de produits themoplastiques à fibres longues ou continues ou de valoriser des chutes de production de composites thermoplastiques par le procédé de thermo-compression . Cf. « Frédéric Ruch « Thermosaïc®, a Patented Technology for Thermoplastic Composite Materials 35 Recycling » communications du CETIM et du CETIM-CERMAT au Salon JEC de Paris en mars 2017. » Cf « Julien Moothoo, Christian Garnier, Pierre Ouagne. Valorisation matière de chutes de production de composites thermoplastiques par le procédé de thermo-compression. Journées Nationales sur les Composites. 2017, Jun 2017, 77455 Champs-sur-Marne, France » 40 Thermosoudage des Thermoplastiques L'Etat de l'Art du soudage thermoplastique se rapporte à des technologies diverses dont les principales sont * le soudage par ultra-sons, 45 * le soudage par induction, * le soudage avec résistance, * le soudage par plaques chauffantes, * le soudage par gaz chaud, * le soudage par infra-rouge, 50 * le soudage par laser. ETAT DE L'ART Une plaque thermoplastique peut manquer de résistance à la flexion et à la torsion. Les propriétés mêmes des matériaux thermoplastiques permettent d'envisager des solutions alternatives d'une part du fait de leur thermosoudabilité, emboutissabilité et pliabilité à chaud. 5 Ainsi le placement de fibres au moyen de robots permet d'appliquer des bandes fibreuses imprégnées de résine sur les parties à renforcer. DESCRIPTION 10 L'invention met à profit le fait qu'il existe désormais au moins une résine thermoplastique à faible viscosité, et que celle-ci est compatible avec la pultrusion. Selon l'invention, une plaque thermoplastique (9) est renforcée en flexion par thermocompression puis fusion avec des profilés pultrudés thermoplastiques (7) à fibres longues ou continues et 15 fabriqués avec une résine thermoplastique à faible viscosité. Le procédé de l'invention apporte un plus haut débit de fabrication de plaques thermoplastiques renforcées que le placement de fibres au moyen de robots, moins performant sur les surfaces planes (tandis que sa supériorité s'exprime plutôt sur des formes en 3D). 20 Selon une version de l'invention, afin que ladite plaque thermoplastique conserve sa légèreté, lesdits profilés pultrudés thermoplastiques (7) sont limités en masse et en volume. 25 Selon une version de l'invention, l'épaisseur desdits profilés pultrudés thermoplastiques (7) est inférieure à celle de ladite plaque (9), leur longueur totale additionnelle est limitée à 80% du périmètre de ladite plaque (9), leur surface à plat totale additionnelle est limitée à 15% de la surface totale de ladite plaque (9). 30 Selon une version de l'invention, des plats thermoplastiques composites à fibres pluri-directionnelles, de préférence issus de récupération et thermo-comprimés ou thermo-estampés accompagnent lesdits profilés pultrudés thermoplastiques (7). 35 Selon une version de l'invention, ladite plaque thermoplastique (9), une fois renforcée en flexion, est soumise à transformation ou déformation, du fait de sa thermosoudabilité, de son emboutissabilité et de sa pliabilité à chaud. Selon une version de l'invention, ladite résine thermoplastique à faible viscosité est obtenue par des polymérisations différentielles du 40 monomère methylméthacrylate MMA. Selon une version de l'invention, lesdites plaques (9) en PMMA sont destinées aux panneaux solaires à concentration et intégrent, selon l'Etat de l'Art, des lentilles destinées à concentrer les rayons du soleil. 45 http://www.totalplastics.com/products/650 50 4 FIGURES La Figure 1A représente une plaque thermoplastique (9) et quatre profilés pultrudés thermoplastiques (7) disposés en croix. 5 La Figure 1B représente une plaque thermoplastique (9) et quatre profilés pultrudés thermoplastiques (7) parallèles aux bords de ladite plaque thermoplastique (9). La Figure 1C représente une plaque thermoplastique (9) et, quatre profilés pultrudés 10 thermoplastiques (7) coupés en biseau et disposés de manière à former un cadre. Les Figures 1A, 1B et 1C montrent que lesdits quatre profilés pultrudés thermoplastiques (7) ont une longueur totale limitée à 80% du périmètre de ladite plaque thermoplastique (9), et une surface à plat totale est limitée à 15% de la surface totale de ladite plaque thermoplastique 15 (9). La Figure 2A représente une plaque thermoplastique (9), quatre profilés pultrudés thermoplastiques (7) coupés en biseau et disposés de manière à former un cadre, une plaque de thermo-compression (12), et un moule de thermocompression (22). 20 Les Figures 2A et 2B montrent que le moule de thermocompression (22) reçoit ladite plaque (9) surlaquelle sont disposés les quatre profilés (7). Les Figures 2C et 2D montrent la thermocompression proprement dite avec application en pression de ladite plaque (12) de thermocompression. 25 Les Figures 2E et 2F montrent, respectivement avant et après ébarbage, le résultat de thermo- compression/fusion, à savoir la plaque (19) qui résulte de la fusion de ladite plaque (9) et des quatre profilés pultrudés (7). REVENDICATIONS1) Procédé de renforcement de plaque thermoplastique, par exemple pour le renforcement de menuiseries ou des dispositifs d'encapsulation de panneaux solaires de grandes dimensions, caractérisée en ce qu' une plaque thermoplastique (9) est renforcée en flexion par thermocompression puis fusion avec des profilés pultrudés thermoplastiques (7) à fibres longues ou continues et fabriqués avec une résine thermoplastique à faible viscosité. 2) Procédé de renforcement de plaque thermoplastique, par exemple pour le renforcement de menuiseries ou des dispositifs d'encapsulation de panneaux solaires de grandes dimensions, selon la revendication 1, caractérisée en ce que, afin que ladite plaque thermoplastique (9) renforcée conserve sa légèreté, lesdits profilés pultrudés thermoplastiques (7) sont limités en masse et en volume. L'épaisseur desdits profilés pultrudés thermoplastiques (7) est inférieure à celle de ladite plaque (9), leur longueur totale additionnelle est limitée à 80% du périmètre de ladite plaque (9), leur surface à plat totale additionnelle est limitée à 15% de la surface totale de ladite plaque (9). 3) Procédé de renforcement de plaque thermoplastique, par exemple pour le renforcement de menuiseries ou des dispositifs d'encapsulation de panneaux solaires de grandes dimensions, selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que des plats thermoplastiques composites à fibres pluri-directionnelles, de préférence issus de récupération, et thermo-comprimés ou thermo-estampés, accompagnent lesdits profilés pultrudés thermoplastiques (7). 4) Procédé de renforcement de plaque thermoplastique, par exemple pour le renforcement de menuiseries ou des dispositifs d'encapsulation de panneaux solaires de grandes dimensions, selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite plaque thermoplastique (9), une fois renforcée en flexion, est soumise à transformation ou déformation, du fait sa thermosoudabilité, son emboutissabilité et sa pliabilité à chaud. 5) Procédé de renforcement de plaque thermoplastique, par exemple pour le renforcement de menuiseries ou des dispositifs d'encapsulation de panneaux solaires de grandes dimensions, selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite résine thermoplastique à faible viscosité est obtenue par des polymérisations différentielles du monomère methylméthacrylate MMA. 6) Procédé de renforcement de plaque thermoplastique, par exemple pour le renforcement de menuiseries ou des dispositifs d'encapsulation de panneaux solaires de grandes dimensions, selon la revendication 5, lesdites plaques (9) en PMMA sont destinées aux panneaux solaires à concentration et intégrent, selon l'Etat de l'Art, des lentilles destinées à concentrer les rayons du soleil.