Elément de construction à plusieurs couches et procédé pour sa fabrication Le présent brevet a pour objets un élément de construction à plusieurs couches et un procédé pour sa fabrication. Cet élément peut servir, par exemple, à la confection de portes ou de panneaux utilisés dans des constructions destinées ou non à supporter des charges, spécialement dans la construction ou la réfection de bâtiments, dans le compartimentage des avions, dans des applications navales et comme com posants d'ameublements. Un but de l'invention est de fournir un tel élément présentant une forme amé liorée par rapport aux éléments connus.
Bien que ces éléments présentent le plus grand intérêt en ce qui concerne les portes, il est évident qu'ils présentent également un intérêt pour d'autres assemblages.
Un tel élément comprend un noyau cellulaire constitué par des rubans d'une matière en feuille qui sont fixés ensemble par leurs faces de manière à pren dre une configuration ondulée et à former des cellu les à extrémités ouvertes qui sont séparées les unes des autres par des parois constituées par ladite ma tière en feuille. Les axes des cellules traversent l'épaisseur du noyau et coïncident ordinairement, mais pas nécessairement, avec la direction de cette épaisseur.
La section transversale des cellules peut avoir toute forme et dans certains matériaux préférés (en nid d'abeille), dans lesquels la structure est obte nue en mettant sous forme cellulaire, par étirage, un matériau présentant des cellules fermées, par exemple aplaties, la section transversale est usuellement hexa gonale. En augmentant l'étirage cependant, la sec tion transversale peut être rectangulaire.
D'autres sections transversales peuvent être obtenues en pla çant convenablement des bandes d'adhésif lors de la fabrication du matériau destiné à être étiré, ou en faisant varier leur largeur, Un élément fait d'un tel noyau cellulaire com prend en outre deux panneaux se faisant face, le noyau cellulaire étant maintenu par un adhésif entre ces panneaux, et des cloisons agencées à la manière d'un cadre qui ferme l'élément sur ses bords.
Les cloisons peuvent être clouées, emboîtées ou jointes ensemble de toute autre manière, ou elles peuvent être maintenues ensemble seulement par les pan- neaux. Pourvu que les panneaux utilisés soient faits d'une matière d'une qualité soigneusement choisie et pré sentent une épaisseur suffisante, il est possible de fabriquer une porte pratiquement sans difficulté. On a. ainsi obtenu en grand nombre des portes présentant par exemple des panneaux de contre-plaqué et des cadres formés de cloisons en bois résistant.
Dans ces portes, les cadres et les panneaux coopèrent pour former un assemblage d'une résistance suffisante pour les buts poursuivis et la fonction du noyau cellulaire, en nid d'abeilles par exemple, est de fournir un sup port interne qui maintient les panneaux à distance uniforme l'un de l'autre, les empêchant par exemple de se bomber vers l'extérieur ou vers l'intérieur.
On a reconnu depuis longtemps que les propriétés structurelles importantes, spécialement le rapport éle vé de la résistance au poids des matériaux cellulaires, tendent à se perdre quand ces matériaux sont utilisés de cette manière comme pièce d'espacement, et qu'on réalise une économie considérable de matière et une diminution correspondante de poids si les panneaux utilisés sont trop faibles par eux-mêmes pour assurer la rigidité à la flexion de la porte en l'absence du noyau cellulaire.
Par conséquent, on a tenté d'utiliser des panneaux présentant une rigidité à la flexion sensiblement infé rieure à celle du contre-plaqué précédemment em- ployé. Toutefois, ces essais ont rencontré générale ment un complet insuccès ou n'ont pas pu être appliqués à la production à une échelle industrielle sans donner une forte proportion de pièces défec tueuses.
Les raisons de cet échec sont diverses. Un effet particulièrement désavantageux est dû au fait que le dessin de la structure du remplissage interne tend à être visible à travers les faces externes des panneaux. Même quand les panneaux présentent une forte rigi dité par suite de leur épaisseur ou parce qu'ils sont formés d'un matériau rigide et dur, par exemple un feuilleté de papier imprégné d'une résine thermodur cissable, le dessin de la structure apparaît fréquem ment lors du polissage nécessaire pour obtenir un ex cellent fini.
Avec d'autres panneaux, cet effet est difficile à éviter même avec un léger polissage seule ment. Avec les panneaux à base de carton dur connu dans le bâtiment sous le nom de panneau dur , qui est très intéressant de nos jours par suite de son prix relativement bas, de son égalité et de la facilité d'éten dre une peinture sur les surfaces obtenues lors de la fabrication, on obtient des éléments qui ont tendance à gauchir quand ils sont formés en couches.
Cette tendance présente évidemment une incidence écono mique considérable dans la production des portes comprenant des pièces d'espacement autres que des remplissages du type cellulaire, par exemple des plan ches fibreuses, et conduit à une proportion notable de pièces défectueuses.
On a donc pensé qu'une porte formée de pan neaux durs et bénéficiant de la résistance due à un noyau cellulaire ne pourrait être obtenue qu'en accep tant l'inconvénient de voir apparaître le dessin de la structure depuis les faces externes, et qu'en em ployant un noyau cellulaire formé d'une matière en feuille présentant une grande rigidité afin d'empêcher le gauchissement, par exemple une feuille métallique, du papier ou un tissu de verre imprégné d'une résine thermodurcissable.
Dans toutes les applications connues, un tel noyau cellulaire est emmagasiné avec ses cellules ouvertes, avant son utilisation, et dans la production indus trielle d'éléments comprenant ce noyau, l'emmagasi nage peut être très désavantageux par le fait que l'encombrement de l'élément est souvent égal à cent vingt fois celui des rubans qui le constituent. En ou tre, quand la matière en feuille présente une haute rigidité, une forte adhésion uniforme entre le maté riau cellulaire et les panneaux ne peut être facilement obtenue avec les adhésifs particuliers qui sont volon tiers envisagés par suite de leur bas prix de revient.
Bien que les fabricants aient beaucoup utilisé des noyaux cellulaires dans la fabrication des portes, la diminution attendue du prix total, par suite des pro priétés de résistance très favorables que présentent ces noyaux, n'a pu être réalisée dans la fabrication d'éléments donnant satisfaction. Cela s'applique spé cialement au cas des portes formées de panneaux durs, car ces panneaux devaient être suffisamment épais et résistants pour éviter le gauchissement et l'apparition du dessin du noyau, de sorte que ce der nier était avantageux surtout comme pièce d'espace ment plutôt que pour assurer une résistance à la flexion.
L'élément de construction à plusieurs couches faisant l'objet du présent brevet, dont le but est d'évi ter les difficultés décrites plus haut et comprenant un noyau cellulaire formé par des rubans d'une ma tière en feuille fixés ensemble par leurs faces de ma nière à prendre une configuration ondulée et à former des cellules à extrémités ouvertes qui sont séparées les unes des autres par des parois constituées par la matière en feuille, et par des cloisons entourant le noyau, ce dernier étant maintenu par un adhésif entre des panneaux durs plans qui recouvrent les cloisons et coopèrent avec lesdites parois pour fermer les cel lules, est caractérisé en ce que la matière en feuille est non cassante et susceptible d'absorber l'adhésif,
et en ce que le noyau est maintenu dans un état de compression tel entre les panneaux que lesdites pa rois sont incurvées au voisinage des panneaux dans l'épaisseur du noyau.
Le procédé faisant également l'objet du présent brevet, dans lequel on fixe par adhésion un noyau cellulaire, formé de rubans d'une matière en feuille fixés ensemble de manière à prendre une configura tion ondulée et à former des cellules à extrémités ouvertes séparées les unes des autres par des parois constituées par la matière en feuille, entre des pan neaux qui coopèrent avec lesdites parois pour enfer mer les cellules, le noyau comportant des cloisons qui coopèrent avec les panneaux pour enfermer le noyau, est caractérisé en ce qu'on utilise une matière en feuille non cassante et susceptible d'absorber un adhésif, et des panneaux durs présentant la même te neur en humidité, en ce qu'on forme un assemblage dans lequel le noyau est disposé entre les panneaux,
ces derniers chevauchant au moins partiellement les cloisons et l'adhésif étant réparti de manière à pou voir lier les panneaux au noyau et aux cloisons, l'épaisseur du noyau étant supérieure d'une valeur déterminée à la distance dont les cloisons espacent les panneaux l'un de l'autre dans l'élément final, et en ce qu'on fait prendre l'adhésif pendant que ledit assemblage est soumis à une pression mécanique d'une valeur suffisante pour comprimer le noyau de ladite valeur déterminée dans la direction de son épaisseur et donner au noyau et aux cloisons la même épaisseur dans l'élément fini, ladite valeur détermi née étant telle que les parois, au voisinage des pan neaux,
sont incurvées dans l'épaisseur du noyau d'une valeur qui n'est toutefois pas suffisante pour que le noyau fasse bomber les panneaux ou devienne peu résistant à la compression.
Il est entendu que la matière en feuille constituant le noyau cellulaire peut être non imprégnée, ce qui est préféré, ou peut être imprégnée avec une quan tité d'une résine thermodurcissable insuffisante pour détruire ses propriétés d'absorption de l'adhésif (c'est- à-dire insuffisante pour saturer cette matière) et in suffisante également pour la rendre cassante.
La résistance d'un noyau en nid d'abeille permet d'utiliser un panneau dur beaucoup plus léger qu'en l'absence de noyau. Il est évident que le fabricant est limité dans son choix par les modèles de panneaux disponibles dans le commerce et, même quand on utilise le modèle le plus mince, aucune des difficultés citées plus haut ne devient apparente. Il est clair qu'on poura employer des modèles beaucoup plus minces quand ils seront disponibles commercialement, mais en leur absence il a été impossible de déterminer quelle est l'épaisseur minimum qui peut être em ployée. Toutefois, même sans pouvoir préciser cette épaisseur minimum, il est net que l'on peut réaliser une économie considérable.
Des considérations analogues s'appliquent aux cloisons et on ne rencontre aucune difficulté à réduire leur poids à la moitié de la valeur usuelle, avec une économie correspondante dans le coût de la matière dont elles sont faites, du bois de charpente ordinai rement.
On a trouvé avantageux, en pratique, quand on utilise un adhésif du type formaldéhyde-urée et un noyau cellulaire formé de papier et emmagasiné dans les conditions usuelles d'humidité rencontrées en An gleterre, que la teneur en humidité des feuilles soit d'environ 10 % en poids, un traitement thermique permettant de donner la consistance voulue à l'élé ment qui présente alors une excellente qualité.
La qualité de l'élément, pour une teneur donnée en hu midité des panneaux, varie avec le temps de traite ment et la température choisis pour laisser prendre l'adhésif, avec la nature de cet adhésif et avec la te neur en humidité du noyau cellulaire. Pour chaque adhésif et dans diverses conditions d'humidité, la te neur en humidité la plus avantageuse peut être déter minée par expérience.
En l'absence de précautions, les deux panneaux utilisés tendent à présenter des teneurs en humidité qui sont insuffisamment proches pour donner des résultats satisfaisants. II est difficile, par exemple, d'obtenir une porte satisfaisante en utilisant des pan neaux pris dans des parties différentes d'une pile stockée. En pratique, on a trouvé que le procédé donnant le meilleur résultat consiste à couper les deux panneaux nécessaires pour confectionner la porte dans une même feuille et de les utiliser immé diatement après découpage. Si l'un des panneaux est endommagé d'une manière quelconque, il faut élimi ner les deux panneaux.
Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple, deux mises en #uvre du procédé, objet du brevet.
La fig. 1 est un diagramme représentant la pre mière mise en aeuvre.
La fig. 2 est une vue démontée d'une forme d'exécution de l'élément obtenue par cette mise en aeuvre.
La fig. 3 est une coupe, à plus grande échelle, de cette forme d'exécution en-cours de fabrication. La fig. 4 est une coupe correspondant à la fig. 3 de cette forme d'exécution terminée.
Les fig. 5 et 6 illustrent la seconde mise en oeu- vre.
Les fig: 7 et 8 illustrent les techniques d'assem blage utilisées dans cette seconde mise en oeuvre. Dans la mise en #uvre illustrée aux fig. 1 à 4, dans laquelle l'élément est destiné à constituer une porte, on utilise de grandes feuilles de panneau dur d'une épaisseur de 2,5 mm et d'une teneur en humi dité comprise de préférence entre 8 et 10 % en poids, qui sont tirées d'un stock et divisées par moitiés, de sorte que chaque grande feuille donne deux panneaux <I>la, lb</I> d'une même teneur en humidité.
Ces pan neaux sont couverts sur leur dos d'une composition adhésive aqueuse à base de résine formaldéhyde-urée.
Des cloisons en bois 4, 5, 6 et 7, présentant une teneur en humidité de 10 à 12 % en poids par exem ple et comprenant des blocs de fixation pour char nière 2 (fig. 2) et des blocs de fixation pour verrou 3, sont retirées d'un stock. Ces cloisons peuvent constituer des pièces séparées ou un cadre préfabri qué, à volonté.
Chaque jeu de cloisons est assemblé avec deux panneaux recouverts d'adhésif, comme le montrent les fig. 2 et 3, entre deux-plateaux chauffés 8 et 9 (fig: 3) d'une presse, un noyau 10 étiré en nid d'abeille étant placé entre les panneaux la et 1b. La teneur en humidité du noyau est de préférence com prise entre 10 et 12 % en poids.
Le noyau est obtenu en étirant un matériau en nid d'abeille non étiré, fabriqué avec un carton de copeaux pressés bon marché, d'une épaisseur de 0,38 mm, et un adhésif à base de caséine. Ce matériau est fourni par le fabricant sous forme de couches non étirées présentant les dimensions voulues pour donner des couches étirées ayant les dimensions requises, une dimension de maille de 38 mm par exemple et une dimension de cellule de 38 mm également mesurée dans la direction d'étirage.
Avec des cloisons d'une épaisseur de 30 mm, on peut obtenir un élément fini d'une épaisseur totale de 35 mm, l'épaisseur du noyau en nid d'abeille étant de 31 mm, de manière que dans l'assemblage le panneau supérieur la soit maintenu à 0,8 mm au-dessus de la partie de la cloison qu'il recouvre.
Quand la presse a été chargée avec les pièces assemblées, l'adhésif est fixé par un chauffage à une température de 85 à 1200 C pendant 2,5 à 5 minutes, à une pression au moins suffisante pour comprimer le noyau en nid d'abeille et amener les panneaux en contact avec les cloisons. Les vapeurs produites pen dant le traitement sont ventilées par des trous 12 assurant une communication entre les cellules et for més par encochement des couches en nid d'abeille non étirées au cours de leur fabrication. Les assem blages sont ainsi transformés en portes de haute résis tance et de haute qualité, dont les panneaux sont exempts de gauchissement et sur lesquels le dessin de la structure cellulaire n'apparaît pas sur les faces exposées.
Intérieurement, l'adhésif à l'état de prise forme une couche continue sur chaque panneau et imprègne les parties adjacentes des parois des cellules du noyau en nid d'abeille, assurant ainsi une liaison d'une résistance considérable. Les parois des cellules sont légèrement incurvées vers l'extérieur en 13 (fig. 4) par rapport aux plans initiaux, au niveau de leurs bords et près de ceux-ci, par suite de la pression ap pliquée.
Finalement, les bords de la porte sont équarris et terminés par l'application d'une mince couche de bois 14 (fig. 4). Cette couche est avantageusement fixée à l'aide d'un adhésif thermodurcissable et par chauf fage à haute fréquence. Afin d'empêcher des marques au niveau des joints dues à l'adhésif extrudé, cet adhésif est de préférence appliqué de manière qu'il ne s'étende pas sur les bords de la couche de bois.
Dans la seconde mise en oeuvre du procédé, on utilise le pré-assemblage représenté à la fig. 5 qui comprend une couche non étirée d'un matériau 15 à structure en nid d'abeille en carton de copeaux d'une épaisseur de 0,38 mm. Des cloisons 17 et 19 en bois sont fixées par adhésif au premier et au der nier ruban constituant la couche, ces pièces étant per cées de trous 21 pour permettre la ventilation pen dant la fabrication de l'élément et, dans ce but, des encoches sont taillées sur le côté inférieur des rubans entre les positions 23 où ces rubans sont adhésive- ment fixés ensemble.
Quand le matériau est étiré, on obtient un noyau formé de cellules hexagonales.
Le pré-assemblage représenté à la fig. 6 com prend un panneau dur 25, recouvert sur ses deux côtés d'un adhésif susceptible d'être traité à chaud, et cloué avec des broches métalliques 27 à des cloi sons 29 et 31. Ces cloisons, semblables aux cloisons 17 et 19, sont formées de bois tendre, par exemple du pin, et présentent une faible largeur, par exemple 25 mm, et une épaisseur égale à celle du noyau. Elles ont été maintenues rectilignes et à la distance voulue l'une de l'autre par un calibre pneumatique pendant la mise en place du panneau 25 et des bro ches 27.
Après retrait hors du calibre de pré-assemblage de la fig. 6, le panneau 25 est renversé sur une feuille de placage de bois dur 33 (fig. 7). Le pré-assemblage de la fig. 5 est utilisé alors et les cloisons 17 et 19 sont saisies et écartées l'une de l'autre jusqu'à ce qu'elles puissent être placées dans les positions repré sentées à la fig. 7. Quand elles sont dans ces posi tions, elles sont tirées par le noyau dans la direction des flèches A, de sorte que les cloisons 17 et 19 sont maintenues contre les extrémités des cloisons 29 et 31 par butées dans les zones 35.
Il est évident que le noyau en nid d'abeille étiré entre les pièces rigides, telles que les cloisons 17 et 19 fixées à ses extrémités, présente une largeur plus faible dans sa partie moyenne que dans ses parties extrêmes. Cela est dû au fait que l'étirage entraîne nécessairement une contraction sur toute la longueur du noyau et, aux parties extrêmes, cette contraction est empêchée par les cloisons rigides. C'est pour cette raison que la couche 15 présente une plus grande longueur que les cloisons 17 et 19. Après ou pen dant l'étirage, les parties marginales et les angles du noyau sont poussés manuellement entre les cloisons 29 et 31.
Pour plus de clarté, le noyau n'est pas représenté à la fig. 7.
Le stade suivant consiste à insérer un bloc de fixation de verrou 37 et deux blocs de fixation de charnière 41. Ces trois blocs présentent sensiblement la même épaisseur que les cloisons 17, 19, 29 et 31. Le noyau, qui est déplacé de côté localement pour permettre l'inseïtion de ces blocs, presse ces derniers comme indiqué par les flèches adjacentes, d'une ma nière suffisamment ferme pour empêcher le déplace ment pendant les stades suivants de la fabrication. Dans le produit final, les blocs sont fixés aux pan neaux par un adhésif. Une mise en place suffisam ment précise des blocs est obtenue en utilisant, com me guide, des marques 43 peintes sur une table 45 sur laquelle l'assemblage est formé.
A ce stade, le noyau est exposé sur sa surface supérieure. Sur la majeure partie de cette surface, les cellules forment un dessin régulier indiqué en 47. Dans les zones d'angle 49 et dans les zones 51 autour des blocs, les cellules sont distordues de diverses manières ou sont dans la condition non étirée; mais cela ne présente aucun inconvénient. Pour permettre la distorsion du noyau dans les angles du panneau, la couche originale 15 présente des fentes 57 (fig. 5). La profondeur et la position des fentes sont telles, qu'en négligeant les rubans du noyau qui sont fixés aux cloisons 17 et 19, deux parois de cellules d'une double épaisseur sont coupées par chaque fente.
Pour compléter la porte, l'assemblage représenté aux fig. 7 et 8 est couvert d'un second panneau dur recouvert sur deux côtés d'un adhésif susceptible d'être traité, ce panneau présentant une teneur en humidité égale à celle du panneau 25. Pour faciliter la manutention, ce second panneau est maintenu en place par des broches placées à proximité des deux angles sur un long côté de la porte, et finalement le panneau et les broches sont recouvertes d'une feuille de placage en bois dur.
L'assemblage est chargé dans une presse chauf fée et après que l'adhésif a été traité sous une pres sion suffisante, par exemple 1,75 à 2,1 kg/cm2, pour réduire l'épaisseur des cloisons et du noyau, la porte est retirée et refroidie dans un courant d'air.
La porte est alors terminée par équarrissage et placage sur ses bords.
Les dimensions des matériaux données dans la description qui précède peuvent être évidemment mo difiées, l'épaisseur du noyau en nid d'abeille et des cloisons pouvant être augmentée pour des portes plus épaisses ou diminuée pour des éléments plus minces. L'épaisseur d'un panneau dur est habituellement com prise entre 1,6 et 4,8 mm et plus communément de 3,2 mm ou de 2,5 mm. L'épaisseur de la porte peut être avantageusement comprise entre 32 et 45 mm, une épaisseur de 35 mm constituant un compromis avantageux pour une production en grande série.
La capacité que présente la matière en feuille d'absorber l'adhésif permet facilement d'obtenir l'adhésion recherchée, même avec des adhésifs bon marché. Il est très probable que la flexion des parois des cellules du noyau, qui se produit quand le noyau est comprimé, facilite l'adhésion. En outre, les noyaux cellulaires obtenus sous forme ramassée sont faciles à étirer quand ils sont dans un état propre à absor ber l'adhésif et ils peuvent en conséquence être em magasinés économiquement et être étirés au cours du procédé d'assemblage lui-même.
L'épaisseur du noyau à utiliser dans chaque appli cation est facile à déterminer par une simple expé rience. Elle doit être suffisante pour que le noyau puisse subir une compression visible accompagnée d'une courbure des parois au voisinage des panneaux à la suite d'une pression mécanique, mais elle ne doit pas être assez forte pour que le noyau fasse bomber les panneaux quand la pression est relâchée, ou pour que le noyau s'effondre et .perde toute résistance à la compression en présentant, par exemple, des par ties plates adjacentes aux panneaux. Dans le cas d'une porte ou d'un autre élément d'épaisseur égale, l'épaisseur du noyau est avantageusement, dans la règle, de 0,5 à 2,5 % supérieure à l'épaisseur des cloisons recouvertes par les panneaux dans l'élément fini.
Les panneaux et les cloisons présentent une résis tance insuffisante pour donner à l'élément fini une rigidité à la flexion en l'absence du noyau cellulaire. Les cloisons peuvent être étroites et employées de manière telle qu'elles subissent, ainsi que le noyau, une réduction permanente d'épaisseur pendant la compression. Par exemple, une porte peut être obte nue en utilisant des cloisons en bois tendre, d'une épaisseur sensiblement égale à celle du noyau et assez étroites pour ne représenter que les 4 à 5 % du volu me de matière entre les panneaux. Quand la pression mécanique est appliquée, le noyau laisse d'abord les cloisons absorber la majeure partie de la force totale. Les cloisons sont comprimées avec le noyau.
Dans l'élément final, le noyau présente une épaisseur ré duite, comme dans le cas d'un noyau d'une épaisseur supérieure à celle des cloisons, et les panneaux sont amenés en contact avec les cloisons par la pression.
On a trouvé que les portes obtenues de la manière indiquée plus haut utilisent les propriétés des noyaux cellulaires d'une manière telle qu'un noyau ayant les dimensions cellulaires utilisées jusqu'ici dans la fabri cation des portes donnerait un produit présentant une résistance inutilement élevée. Le panneau en nid d'abeille est très satisfaisant en dépit de la grande dimension des cellules.
Pour être d'un usage avantageux dans l'industrie du bâtiment, un élément doit être capable de résister aux conditions d'emmagasinage défavorables rencon trées fréquemment. En dépit de la sensibilité du pan- veau dur à l'humidité, spécialement quand il est fixé à un support discontinu mais rigide, on a trouvé que les éléments décrits sont parfaitement susceptibles d'être emmagasinés, même pendant des périodes pro longées, dans des emplacements humides. Dans le cas contraire, un élément ne peut donner satisfaction.
Il est évident que le succès de tels éléments dé pend du maintien d'une liaison sûre entre les pan neaux et le noyau. Les éléments seraient inutilisables si la liaison avait tendance à se rompre, mais on a trouvé que même les éléments comprenant les pan neaux les plus minces actuellement disponibles résis tent au traitement le plus rude rencontré générale ment. Des portes ainsi constituées ont été installées, à titre d'expérience, dans des bâtiments où elles sont communément ouvertes ou fermées avec le pied, et aucun affaiblissement n'a été observé.
On attribue ce fait en partie à l'élasticité naturelle du noyau cel lulaire formé à partir d'une matière en feuille présen tant une capacité d'absorption. Les matières impré gnées de résine, que l'on supposait précédemment essentielles quand une haute résistance était exigée, se briseraient dans de telles conditions.