EP4561410A1 - Procédé d'assemblage d'un film antiadhesif sur un substrat metallique par frappe à chaud - Google Patents

Procédé d'assemblage d'un film antiadhesif sur un substrat metallique par frappe à chaud

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Publication number
EP4561410A1
EP4561410A1 EP23761177.7A EP23761177A EP4561410A1 EP 4561410 A1 EP4561410 A1 EP 4561410A1 EP 23761177 A EP23761177 A EP 23761177A EP 4561410 A1 EP4561410 A1 EP 4561410A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
metal substrate
film
metal mesh
metal
cooking element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23761177.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Simon Allemand
Fabien Inclair
Patrice Rey
Martin Rubio
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SEB SA
Original Assignee
SEB SA
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • the present invention relates to the field of processes for obtaining cooking elements coated with a non-stick polymer film.
  • a metal substrate is first shaped to form a kitchen utensil, then the interior surface of the kitchen utensil is coated with a fluorinated resin having excellent heat resistance such as polytetrafluoroethylene (PTFE) or tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether (PFA) by means of a liquid spray coating process or a powder coating process.
  • a fluorinated resin having excellent heat resistance such as polytetrafluoroethylene (PTFE) or tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether (PFA)
  • the liquid spray coating process has a number of disadvantages. When the metal substrate has a curved shape, it is difficult to obtain a uniform thickness coating.
  • the liquid spray coating process also involves the use of solvents or volatile organic compounds that evaporate during the process and must be recovered and recycled. From an environmental point of view, a process without solvent and without volatile organic compounds is preferred. On the other hand, the coating thickness is limited. Cracks are likely to appear when the thickness of the coating is too great.
  • the powder coating process also has disadvantages.
  • the coating obtained has defects, of the pinhead type, which can lead to a reduction in the non-stick character.
  • the coatings obtained according to these 2 processes may have significant surface roughness which may pose cleaning problems, as certain cooking residues may persist on the surface of the coating even after several washes.
  • Patent application KR20150030719 describes a kitchen utensil comprising a body including a metal substrate on which a film of a fluorinated resin is laminated. A process for obtaining a kitchen utensil is also described.
  • a multilayer PTFE film is used without information on the nature of the layers. The operation of laminating the film onto the substrate is not described.
  • Application KR20160099388 describes the process for obtaining a metal substrate coated with a fluorinated film (devoid of a primer layer comprising an organic compound or an adhesive).
  • the fluorinated film is a multilayer film obtained by successive deposition on a support of an aqueous dispersion of the constituents of the layer (fluorinated resin and optionally an inorganic filler) which is dried and sintered.
  • the multilayer film is then removed from its support and positioned on the metal substrate before assembly.
  • the layer of the fluorinated film in contact with the metal is made up of PTFE and a resin chosen from FEP, PFA, TFM, MFA (or their mixture) which has good flow properties, thus allowing good adhesion, this which PTFE does not allow.
  • the metal substrate/fluorinated film assembly is carried out by thermal compression, in a static press or between rollers (roll-to-roll process).
  • both the substrate and the film are heated to a temperature between 300°C and 410°C with an applied pressure of 100 to 800 psi (i.e. between 0.7 MPa and 5.0 MPa). 6 MPa).
  • the substrate and the film are both heated to a temperature between 330° C and 420° C with a applied pressure between 2 and 15 MPa.
  • the pressure applied during assembly is a few MPa and the implementation temperature is limited by the degradation temperature of the fluorinated film (in particular of PTFE which begins at 420° C).
  • the assembly rates of the polymer film and the metal substrate are therefore limited by the parameters of the assembly process.
  • the applicant has thus developed a method of manufacturing a coated cooking element by hot stamping assembly of a metal substrate and a polymer film, said assembly comprising a reinforcing metal element between the metal substrate and the polymeric film.
  • the inventors have discovered that the method according to the invention makes it possible to carry out rapid assembly between a metal substrate and a polymer film comprising one or more semi-crystalline or amorphous thermoplastic polymers while ensuring good adhesion of the polymer film to said metal substrate.
  • the substrate is advantageously heated prior to assembly according to the process of the present invention.
  • the polymer film is heated essentially by conduction when brought into contact with the substrate at the time of assembly, then is cooled due to the thermal inertia of the assembly tools which remain at a temperature lower than the temperature of heats the metal substrate.
  • the polymer film comprising one or more semi-crystalline or amorphous thermoplastic polymers to a temperature above the melting temperature. or the glass transition temperature of all or part of the thermoplastic polymers for a very short time, which does not cause degradation of the film.
  • a metal reinforcement in the form of a metal mesh is attached to the metal substrate before assembly with the polymer film.
  • the presence of this reinforcement makes it possible to improve the mechanical properties of the coated metal substrate.
  • the cohesion between the metal substrate and the polymer film is reinforced.
  • the metal reinforcement particularly improves the performance of the non-stick cooking surface, in particular by increasing the resistance of the non-stick coating to scratches.
  • the invention thus relates to a method of manufacturing a coated cooking element (1) comprising the following steps: i. Provision of a metal substrate (2) and a metal mesh (3), said metal substrate (2) having a face (2a) intended to be brought into contact with said metal mesh (3); ii. Fixing said metal mesh (3) on said face (2a) of said metal substrate (2); iii. Provision of a film (4), said film (4) comprising a layer (4a) comprising one or more semi-crystalline or amorphous thermoplastic polymers, said layer (4a) being intended to be brought into contact with said face (2a) of said metal substrate (2) and with said metal mesh (3); iv. Heating said metal substrate (2) and said metal mesh (3); v.
  • the invention also relates to a method of shaping a coated cooking element as described above comprising a step (a) of stamping the coated cooking element (1) obtained at the end of the step (vi).
  • film means, within the meaning of the present invention, an assembly consisting of one or more superimposed layers intended to be assembled with the metal substrate.
  • film also corresponds to said assembly once assembled with the metal substrate.
  • a continuous layer means, in the sense of the present invention, a continuous layer.
  • a continuous layer (or also called a monolithic layer) is a single whole forming a total flat surface completely covering the surface on which it is placed or will be placed.
  • hot stamping is meant within the meaning of the present invention the method of assembling the metal substrate (2) and the metal mesh (3) previously heated and the polymer film (4) between a lower tool and a superior tool.
  • aluminum alloy means an aluminum alloy of series 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 7000 and 8000.
  • FIG. 1 represents a sectional view of an exemplary embodiment of a coated cooking element (1), comprising a metal substrate (2), a metal mesh (3) and a film (4), before assembly according to the method of the invention.
  • FIG. 2 represents a metal mesh (3) made of woven metal which can be used according to the method of the invention.
  • FIG.4 represents a sectional view of exemplary embodiments of a coated cooking element (1), comprising a metal substrate (2), a metal mesh (3) and a film (4).
  • the metal mesh (3) is integrally crimped into the metal substrate
  • the metal mesh (3) is only partially crimped into the metal substrate (2) and the surface of the metal mesh (3) emerges on the surface of the film (4), i.e. say that the film (4) does not cover the entire metal mesh (3).
  • the metal mesh (3) is only partially crimped into the metal substrate (2) and the surface of the metal mesh (3) is entirely covered by the film (4).
  • the inventors have developed a manufacturing process meeting the needs expressed.
  • the invention thus relates to a method of manufacturing a coated cooking element (1) comprising the following steps: i. Provision of a metal substrate (2) and a metal mesh (3), said metal substrate (2) having a face (2a) intended to be brought into contact with said metal mesh (3); ii. Fixing said metal mesh (3) on said face (2a) of said metal substrate (2); iii. Provision of a film (4), said film (4) comprising a layer (4a) comprising one or more semi-crystalline or amorphous thermoplastic polymers, said layer (4a) being intended to be brought into contact with said face (2a) of said metal substrate (2) and with said metal mesh (3); iv. Heating said metal substrate (2) and said metal mesh (3); v. Positioning of said film (4) so that the layer (4a) faces said face (2a) of said metal substrate (2) and said metal mesh (3) heated during step iv. ; vi. Carrying out the assembly of said metal substrate (2) and said metal mesh
  • said metal substrate (2) and said metal mesh (3) being at a temperature higher than the lowest temperature among the melting points of the semi-crystalline thermoplastic polymers and the glass transition temperatures (Tg) of the amorphous thermoplastic polymers of layer (4a) at the time of assembly.
  • steps i. to vi. are carried out successively.
  • metal substrates (2) usable in the context of the invention we can advantageously cite substrates made of aluminum, stainless steel, cast iron or aluminum, or titanium or copper.
  • Aluminum within the meaning of the present invention means a metal consisting of 100% aluminum or an aluminum alloy.
  • the metal substrate (2) is a substrate made of aluminum, stainless steel or a multilayer metal substrate, in particular bilayers or tri-layers, these multilayers being able to be obtained for example by co-lamination, by hot diffusion under load (solid state bonding). ) or by hot or cold impact bonding.
  • the metal substrate (2) comprises alternating layers of metal and/or metal alloy.
  • the metal substrate (2) is an aluminum substrate.
  • the thickness of the metal substrate (2) is between 0.5 mm and 10 mm.
  • the face (2a) of the metal substrate (2) has undergone a surface treatment prior to assembly with the film (4) making it possible to improve the adhesion of said film to said substrate.
  • the surface of the face (2a) of the metal substrate (2) has undergone a surface treatment, said surface treatment being chemical attack, brushing, hydration, sandblasting, shot peening, physicochemical treatment of plasma or corona or laser type, chemical activation or a combination of these different techniques.
  • metal mesh we do not only mean a metal mesh composed of mutually crossing wires but also a perforated metal sheet with holes or even an expanded metal mesh.
  • the metal mesh (3) is a woven metal mesh or an expanded metal mesh, preferably made of stainless steel.
  • the metal mesh (3) can have a thickness of between 50 pm and 800 pm, preferably between 150 pm and 500 pm.
  • the wires can have a diameter (or a thickness) of between 50 pm and 800 pm, preferably between 150 pm and 500 pm.
  • the mesh can have a thickness of between 50 pm and 800 pm, preferably between 150 pm and 500 pm.
  • the metal wires woven in the same direction are advantageously spaced from each other between 0.2 mm and 8 mm.
  • the pattern that is to say, the empty areas in the woven metal mesh or in the expanded metal mesh, can all be identical or, on the contrary, be different.
  • Figures 2 and 3 respectively represent a woven metal mesh and an expanded metal mesh that can be used in the context of the present invention.
  • the metal mesh (3) has a dimension less than or equal to that of the metal substrate (2).
  • the metal mesh (3) has undergone a surface treatment, said surface treatment being a chemical attack, brushing, hydration, sandblasting, shot blasting, a physicochemical treatment of the plasma or corona type or laser, chemical activation or a combination of these different techniques.
  • the metal mesh (3) is applied to the face (2a) of the metal substrate (2).
  • the metal mesh (3) is fixed on the face (2a) by means of attachment points or by stamping to embed it at least partially in the surface of the metal substrate (2).
  • the fixing of the metal mesh (3) on the face (2a) of the metal substrate (2) is obtained by stamping to embed said metal mesh (3) at least partially in said face (2a).
  • stamping is meant an operation which consists of striking, for example with a sledgehammer or a punch using a press, or pressing strongly, for example by means of a surface or a roller, on the metal mesh (3) to embed it at least partially in the surface of the metal substrate (2).
  • the stamping operation is carried out over the entire surface of the metal mesh (2).
  • the stamping operation is carried out using a press at room temperature.
  • the depth of penetration of the metal mesh (3) depends on the force applied during stamping, the relative hardnesses of the metals of the metal mesh (3) and the substrate metal (2) and characteristics such as the diameter of the wires of the metal mesh (3).
  • the metal mesh (3) is only partially embedded in the surface of the metal substrate (2) and constitutes protrusions.
  • the metal mesh (3) is completely embedded in the surface of the metal substrate (2).
  • stamping can make it possible to create a composite substrate having properties resulting from those of the 2 metals.
  • the metal mesh (3) is made of harder metal than the metal substrate (2), the mechanical properties of the base metal will be modified, such as its tendency to deform when hot which will be reduced.
  • the metal mesh (3) after attachment to the metal substrate (2) can create a structuring of the surface making it possible to increase the contact surface with the film (4) and thus improve the cohesion of the assembly.
  • the metal substrate (2) and metal mesh (3) assembly can undergo a surface treatment after the fixing step, said surface treatment being chemical attack, brushing, hydration, sandblasting, shot blasting, physicochemical treatment of plasma or corona or laser type, chemical activation or a combination of these different techniques.
  • the arithmetic average roughness Ra of the surface of the face (2a) of the metal substrate (2) is greater than or equal to 1 m, preferably greater than or equal to 2 pm.
  • the arithmetic average roughness Ra of the surface of the face (2a) of the metal substrate (2) is less than or equal to 20 pm.
  • the arithmetic average roughness Ra of the surface of the face (2a) of the metal substrate (2) ranges from 2pm to 10pm.
  • the arithmetic average roughness Ra is measured using a roughness meter according to the ISO 4287 standard. Ra represents the arithmetic average of the deviations from the average.
  • the surface topography can be studied in particular with a profilometer with a probe fitted with a fine stylus equipped with a diamond tip, or with an optical metrology device such as Altisurf®, in which a chromatic confocal sensor allows non-contact measurement. . The study of this surface topography makes it possible to define the arithmetic average roughness Ra.
  • the film (4) comprises a layer (4a) comprising one or more semi-crystalline or amorphous thermoplastic polymers, said layer (4a) being intended to be brought into contact with said face (2a) of said metal substrate (2) and with said metal mesh (3).
  • the melting point of the semi-crystalline thermoplastic polymers and the glass transition temperature (Tg) of the amorphous thermoplastic polymers of the film (4) can be determined by thermal analysis methods such as Differential Thermal Analysis (DTA or DSC for Differential Scanning). Calorimetry) or by Dynamic Mechanic Analysis (AMD or DAAA for Dynamic Mechanic Analysis).
  • DTA or DSC Differential Thermal Analysis
  • AMD or DAAA Dynamic Mechanic Analysis
  • the film (4) comprises a single layer (4a) comprising one or more semi-crystalline or amorphous thermoplastic polymers forming a cooking face (5).
  • the film (4) further comprises one or more layers each comprising one or more semi-crystalline or amorphous thermoplastic polymers.
  • the semi-crystalline or amorphous thermoplastic polymer(s) of the layer (4a) and, where applicable, of the additional layer(s) of the film (4), identical or different, are chosen from the group comprising:
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PFA perfluoropropyl vinyl ether
  • FEP copolymers of tetrafluoroethylene and hexafluoropropene
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • VVA copolymers of tetrafluoroethylene and polymethyl vinyl ether
  • TFE/PMVE/F ⁇ VE ethylene tetrafluoroethylene
  • ETFE ethylene tetrafluoroethylene
  • P ⁇ EK polyarylether ketones
  • PEEK polyether ketone
  • PEEK polyether ether ketone
  • PEKK polyether ketone ketone
  • PEEKK polyether ketone ketone
  • PEKEKK polyether ketone ether ketone ketone
  • PEEK polyether ketone ether ketone ketone
  • PPO poly(phenylene oxide)
  • P ⁇ ES poly(aryl ether sulfone) polymers
  • PES polyethersulfone
  • PPSU polyphenylene ether sulfone
  • PAS poly(arylene sulfides)
  • PPS polyphenylene sulfide
  • PAI polyamideimide
  • PI polyimide
  • PEI polyetherimide
  • PBI polybenzymidazole
  • the film (4) may also comprise at least one filler and/or at least one reinforcement.
  • fillers which can be used in the present invention, mention may in particular be made of metal oxides, metal carbides, metal oxy-nitrides, metal nitrides, silicas and their mixtures.
  • These fillers may be present in one or more layers of the film (4) or in each of the layers of the film (4).
  • reinforcements usable under the present invention mention may be made of mineral or metallic reinforcement of the fiber, metal mesh, fiberglass material or fabric type.
  • the reinforcement can also consist of a non-fluorinated polymer with high thermomechanical properties of the polyaryletherketone (PEAK) type, such as for example polyetheretherketone (PEEK), or polyamide-imide (PAI).
  • PEAK polyaryletherketone
  • PEEK polyetheretherketone
  • PAI polyamide-imide
  • the reinforcement can be in the form of a layer of film (4) positioned between the layer (4a) and the layer (4) forming the cooking face.
  • the layer (4a) of the film (4) coming into contact with the face (2a) of the metal substrate (2) and with the metal mesh (3) during step (vi) may have undergone a mechanical or chemical surface treatment.
  • the surface treatment can be chemical attack, brushing, hydration, sandblasting, shot blasting, physicochemical treatment of plasma or corona or laser type, chemical activation or a combination of these different techniques.
  • the thickness of said film (4) is between 5 pm and 500 pm, preferably between 25 pm and 150 pm.
  • the thickness of the layer(s) of the film (4) is measured at 20 random points on the cut of the film.
  • the average thickness of said film (4) is obtained by averaging these 20 measurements.
  • the total thickness of the film (4) of the coated cooking element (1) according to the invention is between 5 pm and 500 pm, preferably between 25 pm and 150 pm.
  • the measurement of the thickness of the film (4) of the coated cooking element (1) according to the invention is carried out at 20 random points on the section of the coated substrate.
  • the average thickness of said film (4) is obtained by averaging these 20 measurements.
  • the film (4), before assembly with the metal substrate (2), can be obtained by deposition of a first layer on a support, then possibly by the successive deposition of the other layers, then by exfoliation of said film to separate it from the support .
  • the layers of the film (4) can also be assembled together by any other assembly process, such as by lamination for example.
  • the film (4) of the coated cooking element (1) covers the entire face (2a) of the metal substrate (2), but it can be envisaged that only part of the metal substrate (2) is covered.
  • the film (4) has 2 layers (4a, 4b).
  • the metal substrate (2) and the metal mesh (3) from step (ii) are heated during step iv prior to steps v and vi of the process.
  • the metal substrate (2) and the metal mesh (3) can be heated using any suitable equipment, in an oven or by induction for example.
  • the film (4) is positioned above the metal substrate (2) so that its layer (4a) faces the face (2a) of the metal substrate (2) and metal mesh (3) previously heated during step iii.
  • the film (4) is positioned so that the entire surface of the layer (4a) comes into contact simultaneously with the surface of the face (2a) of the metal substrate (2) and the metal mesh (3) when of assembly step vi.
  • the film (4) can be fixed on the upper tool or be stretched between 2 rollers.
  • said metal substrate (2) and the metal mesh (3) are at a temperature higher than the lowest temperature among the melting points of the semi-crystalline thermoplastic polymers and the glass transition temperatures (Tg) of the amorphous thermoplastic polymers of layer (4a) at the time of assembly.
  • the adhesion of the film (4) to the metal substrate (2) and the metal mesh (3) is not sufficient.
  • the metal substrate (2) and the metal mesh (3) are at a temperature between 350° C and 550° C , preferably at a temperature between 400° C and 450° C at the time of assembly with the film (4).
  • the temperature of the metal substrate (2) and the metal mesh (3) at the time of assembly corresponds to the temperature of the metal substrate (2) and the metal mesh (3) when striking begins, i.e. i.e. when the pressurization of the metal substrate (2) and metal mesh (3)/film (4) assembly begins.
  • assembly by hot stamping during step vi. is produced by means of a hydraulic or mechanical press comprising a lower tool and an upper tool between which the metal substrate (2) and the metal mesh (3) with the film (4) are assembled, said metal substrate (2) being preferably in contact with the lower tool and said film (4) being preferentially in contact with the upper tool.
  • the surface of the lower tool advantageously flat, can undergo a surface treatment so as to avoid any sticking of the metal substrate on said tool.
  • the plane of the surface of the upper tool, relative to the plane of the surface of the lower tool has an angle of between 0.01° and 0.5°, preferably between 0.15° and 0.25°. This angle helps limit air entrapment during the assembly stage.
  • the lower tool can be heated.
  • the upper tool can be cooled.
  • the lower tool is heated to a temperature between 25° C and the temperature of the metal substrate (2) at the time of assembly and/or the upper tool is brought to a temperature between 15 °C and 120°C during step vi.
  • the temperature values indicated in this application correspond to measured temperature values and are not set temperatures.
  • the temperature values are measured by all appropriate means, for example by means of a temperature probe positioned on the surface or in the mass of the heated or cooled element.
  • the temperature of the metal substrate (2) and the metal mesh (3) at the time of assembly corresponds to the temperature of the surface (2a) of the metal substrate (2) when the pressurization of the metal substrate assembly begins (2) and metal mesh (3)/film (4).
  • the temperature of the metal substrate (2) and the metal mesh (3) can then drop during the striking operation, in particular when the lower tool is not heated prior to the assembly step.
  • the metal substrate (2), the metal mesh (3) and the film (4) are maintained under a pressure of between 100 MPa and 800 MPa, preferably between 350 MPa and 500 MPa during the step vi.
  • the pressure applied during the stamping operation is considerably higher than that applied in conventional metal substrate/polymer film assembly processes such as hot pressing which is only a few MPa.
  • the duration of maintaining the metal substrate (2), the metal mesh (3) and the film (4) under pressure is less than or equal to 1 minute, preferably less than or equal to 15 seconds during step vi.
  • the strike can be carried out by applying a sharp blow, for a duration of less than 5 seconds.
  • the duration of maintaining the metal substrate (2), the metal mesh (3) and the film (4) under pressure is between 1 second and
  • I minute preferably between 2 seconds and 15 seconds during step vi.
  • the film (4) is essentially heated by conduction when it comes into contact at the time of assembly with the heated metal substrate (2) and the heated metal mesh (3).
  • the temperature of the film (4) can thus drop quickly during the operation striking, particularly when the lower tool is not heated prior to the assembly stage.
  • the film (4) is advantageously not heated prior to assembly step vi.
  • the method of the invention it is thus possible to heat the film (4) very locally, in particular at the metal substrate (2)-film (4) interface, to a temperature beyond the highest temperature. low among the melting points of the semi-crystalline thermoplastic polymers and the glass transition temperatures (Tg) of the amorphous thermoplastic polymers of the layer (4a) and this for a very short time, which does not cause degradation of the film ( 4).
  • the temperature of the film (4) at the end of step vi. assembly of said film (4) with the metal substrate (2) and the mesh (3) is lower than the lowest temperature among the melting points of the semi-crystalline thermoplastic polymers and the glass transition temperatures (Tg) of the amorphous thermoplastic polymers of layer (4a).
  • the metal mesh (3) is fixed on the face (2a) by means of attachment points or is at least partially embedded in the surface of the metal substrate (2).
  • Step vi of assembling the metal substrate (2) and the metal mesh (3) with the film (4) by hot stamping can also lead to partial embedding of the metal mesh (3) in the surface of the substrate metallic (2).
  • the presence of the metal mesh (3) makes it possible to improve the performance of the non-stick cooking surface, in particular by increasing the resistance of the non-stick coating to scratches.
  • the metal mesh (3) can limit the penetration of metal tools into the non-stick coating, thus limiting the formation of scratches.
  • the cooking face (5) of the coated cooking element (1) can also have surface texturing, with the formation of reliefs in the form of protrusions, for example.
  • Figure 4 represents, for purely illustrative and non-limiting purposes, a sectional view of exemplary embodiments of a coated cooking element (1) according to the invention, comprising a metal substrate (2), a metal mesh (3 ) and a film (4).
  • the metal mesh (3) is integrally crimped into the metal substrate (2).
  • the metal mesh (3) is only partially crimped into the metal substrate (2) and the surface of the metal mesh (3) emerges on the surface of the film (4), i.e. say that the film (4) does not cover the entire metal mesh (3).
  • the metal mesh (3) is only partially crimped into the metal substrate (2) and the surface of the metal mesh (3) is entirely covered by the film (4).
  • the metal mesh (3) is only partially crimped into the metal substrate (2) and the surface of the metal mesh (3) is entirely covered by the film (4).
  • the surface of the film (4) after assembly is not flat due to the presence of the metal mesh and has reliefs in the form of protrusions.
  • the coated cooking element (1) may also have configurations of the assembly of the metal substrate (2), the metal mesh (3) and the film (4) which are not identical in the different areas of the coated cooking element (1).
  • the metal mesh (3) can be completely crimped into the metal substrate (2) in certain areas of the coated cooking element (1) and partially crimped into the metal substrate (2) in other areas of the coated cooking element (1).
  • the metal substrate (2) and the metal mesh (3) coated with the film (4) are left to cool to room temperature in order to obtain adhesion between the metal substrate (2), the metal mesh (3) and the film (4) which is maximum.
  • the metal substrate (2) coated with the film (4) can then be shaped at the end of step (vi).
  • a second object of the invention thus relates to a method of shaping a coated cooking element as described above comprising a step (a) of stamping the coated cooking element (1) obtained by outcome of step (vi).
  • the shaping process may further comprise a step (b) of stretching the coated cooking element (1) obtained at the end of step (a).
  • the adhesion of the film (4) to the metal substrate (2) before shaping must be sufficiently good to avoid any loss of adhesion during and after the shaping operation.
  • the coated cooking element (1) according to the method of the invention can form a cooking container in a culinary item chosen from the group consisting of saucepan, frying pan, skillets or pots for fondue or raclette, stewpot, wok, frying pan, crepe maker, grill, plancha, pot, casserole dish, culinary mold.
  • the coated cooking element (1) according to the method of the invention can form a cooking container in an electric cooking appliance chosen from the group consisting of electric crepe maker, electric raclette appliance, electric fondue appliance, electric grill, electric plancha, electric cooker, food processor, bread machine.
  • an electric cooking appliance chosen from the group consisting of electric crepe maker, electric raclette appliance, electric fondue appliance, electric grill, electric plancha, electric cooker, food processor, bread machine.
  • the culinary article can form a cooking accessory for an electric cooking appliance.

Landscapes

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Abstract

L'invention concerne ainsi un procédé de fabrication d'un élément de cuisson revêtu (1) comprenant les étapes suivantes : i. Fourniture d'un substrat métallique (2) et d'une maille métallique (3), ledit substrat 5 métallique (2) présentant une face (2a) destinée à être mise en contact avec ladite maille métallique (3); ii. Fixation de ladite maille métallique (3) sur ladite face (2a) dudit substrat métallique (2); iii. Fourniture d'un film (4), ledit film (4) comprenant une couche (4a) comprenant un ou plusieurs polymères thermoplastiques semi-cristallins ou amorphes, ladite couche (4a) étant 10 destinée à être mise en contact avec ladite face (2a) dudit substrat métallique (2) et avec ladite maille métallique (3); iv. Chauffage dudit substrat métallique (2) et de ladite maille métallique (3); v. Positionnement dudit film (4) de sorte que la couche (4a) soit en regard de ladite face (2a) dudit substrat métallique (2) et de ladite maille métallique (3) chauffés lors de 15 l'étape iv.; vi. Réalisation de l'assemblage dudit substrat métallique (2) et de ladite maille métallique (3) avec ledit film (4) par frappe à chaud, ledit substrat métallique (2) et ladite maille métallique (3) étant à une température supérieure à la température la plus faible parmi les points de fusion des polymères thermoplastiques semi-cristallins et les températures de 20 transition vitreuse (Tg) des polymères thermoplastiques amorphes de la couche (4a) au moment de l'assemblage.

Description

PROCÉDÉ D’ASSEMBLAGE D’UN FILM ANTIADHESIF SUR UN SUBSTRAT METALLIQUE PAR FRAPPE À CHAUD
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne le domaine des procédés d’obtention d’éléments de cuisson revêtus par un film polymérique antiadhésif.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Dans l’industrie des articles culinaires comportant une surface de cuisson antiadhésive, les performances des revêtements antiadhésifs ainsi que la mise au point de procédés d’obtention de tels revêtements constituent des préoccupations importantes.
De manière conventionnelle, un substrat métallique est d'abord mis en forme pour constituer un ustensile de cuisine, puis la surface intérieure de l'ustensile de cuisine est revêtue d'une résine fluorée ayant une excellente résistance à la chaleur telle que le polytétrafluoroéthylène (PTFE) ou le tétrafluoroéthylène-perfluoroalkyl vinyl éther (PFA) au moyen d’un procédé de revêtement par pulvérisation liquide ou un procédé de revêtement par poudre. Une alternative consiste à revêtir le substrat puis à mettre en forme le substrat ainsi revêtu.
Le procédé de revêtement par pulvérisation liquide présente un certain nombre d’inconvénients. Lorsque le substrat métallique présente une forme incurvée, il est difficile d’obtenir un revêtement d’épaisseur uniforme. Le procédé de revêtement par pulvérisation liquide implique par ailleurs l’utilisation de solvants ou de composés organiques volatils qui s’évaporent lors du procédé et qui doivent être récupérés et recyclés. D’un point de vue environnemental, un procédé sans solvant et sans composé organique volatil est préféré. D’autre part, l’épaisseur de revêtement est limitée. Des craquelures sont susceptibles d’apparaître lorsque l’épaisseur du revêtement est trop importante.
Le procédé de revêtement par poudre présente lui aussi des inconvénients. Le revêtement obtenu présente des défauts, de type tête d’épingle, pouvant conduire à une diminution du caractère antiadhésif. Les revêtements obtenus selon ces 2 procédés peuvent présenter une rugosité de surface importante pouvant poser des problèmes de nettoyage, certains résidus de cuisson pouvant persister à la surface du revêtement même après plusieurs lavages.
Face aux sollicitations mécaniques inhérentes à l’utilisation des articles culinaires, une perte des propriétés mécaniques du revêtement est observée et une délamination du revêtement peut se produire à l’interface avec le substrat métallique.
Afin de pallier les inconvénients mentionnés ci-dessus, l’état de la technique décrit des substrats métalliques revêtus de films fluorés par laminage.
La demande de brevet KR20150030719 décrit un ustensile de cuisine comprenant un corps incluant un substrat métallique sur lequel est laminé un film d’une résine fluorée. Un procédé d’obtention d’un ustensile de cuisine est également décrit. Dans l’exemple 1 , un film multicouches PTFE est utilisé sans information sur la nature des couches. L’opération de laminage du film sur le substrat n’est pas décrite.
La demande KR20160099388 décrit le procédé d’obtention d’un substrat métallique revêtu d’un film fluoré (dépourvu d’une couche de primaire comprenant un composé organique ou d’un adhésif). Le film fluoré est un film multicouches obtenu par dépôt successif sur un support d’une dispersion aqueuse des constituants de la couche (résine fluorée et éventuellement une charge inorganique) qui est séchée et frittée. Le film multicouches est ensuite ôté de son support et positionné sur le substrat métallique avant assemblage. La couche du film fluoré en contact avec le métal est constituée de PTFE et d’une résine choisie parmi le FEP, PFA, TFM, MFA (ou leur mélange) qui a de bonnes propriétés d’écoulement, permettant ainsi une bonne adhésion, ce que ne permet pas le PTFE. L’assemblage substrat métallique / film fluoré est réalisé par compression thermique, dans une presse en statique ou bien entre des rouleaux (procédé roll-to- roll). Dans le procédé d’assemblage en statique, le substrat et le film sont tous les deux chauffés à une température comprise entre 300° C et 410°C avec une pression appliquée de 100 à 800 psi (soit entre 0,7 MPa et 5,6 MPa). Dans le procédé d’assemblage entre des rouleaux (difficile à mettre en oeuvre lorsque le substrat métallique est d’épaisseur importante), le substrat et le film sont tous les deux chauffés à une température comprise entre 330° C et 420° C avec une pression appliquée comprise entre 2 et 15 MPa. Dans les deux variantes de procédé, la pression appliquée lors de l’assemblage est de quelques MPa et la température de mise en oeuvre est limitée par la température de dégradation du film fluoré (en particulier du PTFE qui commence dès 420° C). Les cadences d’assemblage du film polymère et du substrat métallique sont donc limitées par les paramètres du procédé d’assemblage.
De plus, si le procédé d’obtention d’un substrat revêtu par laminage d’un film fluoré offre la possibilité d’avoir un revêtement antiadhésif plus épais, donc plus résistant, les propriétés mécaniques d’un tel film ne sont toutefois pas optimales.
EXPOSE DE L'INVENTION
D’un point de vue industriel, reste le besoin de développer des procédés d’assemblage d’un film polymérique sur un substrat métallique qui soient plus avantageux en termes de temps d’assemblage et qui permettent d’obtenir des revêtements plus performants en termes de durabilité.
La demanderesse a ainsi mis au point un procédé de fabrication d’un élément de cuisson revêtu par assemblage par frappe à chaud d’un substrat métallique et d’un film polymérique, ledit assemblage comprenant un élément métallique de renfort entre le substrat métallique et le film polymérique.
RESUME DE L’INVENTION
Les inventeurs ont découvert que le procédé selon l’invention permet de réaliser un assemblage rapide entre un substrat métallique et un film polymérique comprenant un ou plusieurs polymères thermoplastiques semi-cristallins ou amorphes tout en assurant une bonne adhésion du film polymérique sur ledit substrat métallique.
Contrairement au procédé habituel d’assemblage de films de fluoropolymères sur métal tel que le pressage à chaud, seul le substrat est avantageusement chauffé préalablement à l’assemblage selon le procédé de la présente invention. Le film de polymères est chauffé essentiellement par conduction lors de la mise en contact avec le substrat au moment de l’assemblage, puis est refroidi du fait de l’inertie thermique des outils d’assemblage qui restent à une température inférieure à la température de chauffe du substrat métallique. Lors de l’assemblage, il est ainsi possible de chauffer très localement, notamment à l’interface substrat-film, le film de polymères comprenant un ou plusieurs polymères thermoplastiques semi-cristallins ou amorphes à une température au-delà de la température de fusion ou de la température de transition vitreuse de tout ou partie des polymères thermoplastiques et ce pendant un temps très court, ce qui n’engendre pas de dégradation du film.
La mise en oeuvre de cette température élevée combinée à la pression appliquée lors de la frappe permet de réaliser l’assemblage du film de polymères et du substrat métallique en un temps beaucoup plus court que selon les procédés classiques d’assemblage de films polymères sur des substrats métalliques tels que le pressage à chaud.
En outre, un renfort métallique sous forme de maille métallique est fixé au substrat métallique avant assemblage avec le film polymérique. La présence de ce renfort permet d’améliorer les propriétés mécaniques du substrat métallique revêtu. La cohésion entre le substrat métallique et le film polymérique s’en trouve renforcée. Le renfort métallique permet tout particulièrement d’améliorer les performances de la surface de cuisson antiadhésive, en particulier en augmentant la résistance du revêtement antiadhésif aux rayures.
L’invention concerne ainsi un procédé de fabrication d’un élément de cuisson revêtu (1 ) comprenant les étapes suivantes : i. Fourniture d’un substrat métallique (2) et d’une maille métallique (3), ledit substrat métallique (2) présentant une face (2a) destinée à être mise en contact avec ladite maille métallique (3) ; ii. Fixation de ladite maille métallique (3) sur ladite face (2a) dudit substrat métallique (2) ; iii. Fourniture d’un film (4), ledit film (4) comprenant une couche (4a) comprenant un ou plusieurs polymères thermoplastiques semi-cristallins ou amorphes, ladite couche (4a) étant destinée à être mise en contact avec ladite face (2a) dudit substrat métallique (2) et avec ladite maille métallique (3) ; iv. Chauffage dudit substrat métallique (2) et de ladite maille métallique (3) ; v. Positionnement dudit film (4) de sorte que la couche (4a) soit en regard de ladite face (2a) dudit substrat métallique (2) et de ladite maille métallique (3) chauffés lors de l’étape iv. ; vi. Réalisation de l’assemblage dudit substrat métallique (2) et de ladite maille métallique (3) avec ledit film (4) par frappe à chaud, ledit substrat métallique (2) et ladite maille métallique (3) étant à une température supérieure à la température la plus faible parmi les points de fusion des polymères thermoplastiques semi-cristallins et les températures de transition vitreuse (Tg) des polymères thermoplastiques amorphes de la couche (4a) au moment de l’assemblage.
L’invention concerne également un procédé de mise en forme d’un élément de cuisson revêtu tel que décrit ci-dessus comprenant une étape (a) d’emboutissage de l’élément de cuisson revêtu (1 ) obtenu à l’issue de l’étape (vi).
D’autres aspects de l’invention sont tels que décrits ci-dessous et dans les revendications.
Définitions
Par le terme « film », il faut comprendre au sens de la présente invention un ensemble constitué d’une ou de plusieurs couches superposées destiné à être assemblé avec le substrat métallique. Le terme « film » correspond également audit ensemble une fois assemblé avec le substrat métallique.
Par le terme « couche », il faut comprendre au sens de la présente invention une couche continue. Une couche continue (ou également appelée couche monolithique) est un tout unique formant un aplat total recouvrant complètement la surface sur laquelle elle est posée ou va être posée.
Par « frappe à chaud », s’entend au sens de la présente invention du procédé d’assemblage du substrat métallique (2) et de la maille métallique (3) préalablement chauffés et du film polymère (4) entre un outil inférieur et un outil supérieur.
Par « alliage d’aluminium », s’entend au sens de la présente invention un alliage d’aluminium de série 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 7000 et 8000.
DESCRIPTION DES FIGURES
[Fig. 1 ] représente une vue en coupe d’un exemple de réalisation d’un élément de cuisson revêtu (1 ), comportant un substrat métallique (2), une maille métallique (3) et un film (4), avant assemblage selon le procédé de l’invention. [Fig. 2] représente une maille métallique (3) en métal tissé pouvant être utilisée selon le procédé de l’invention.
[Fig. 3] représente une maille métallique (3) en métal déployé pouvant être utilisée selon le procédé de l’invention.
[Fig.4] représente une vue en coupe d’exemples de réalisation d’un élément de cuisson revêtu (1 ), comportant un substrat métallique (2), une maille métallique (3) et un film (4). Sur la Figure 4a, la maille métallique (3) est intégralement sertie dans le substrat métallique
(2).
Sur la Figure 4b, la maille métallique (3) n’est que partiellement sertie dans le substrat métallique (2) et la surface de la maille métallique (3) émerge à la surface du film (4), c’est- à-dire que le film (4) ne recouvre pas l’intégralité de la maille métallique (3).
Sur la Figure 4c, la maille métallique (3) n’est que partiellement sertie dans le substrat métallique (2) et la surface de la maille métallique (3) est entièrement recouverte par le film (4).
DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION
Les inventeurs ont mis au point un procédé de fabrication répondant aux besoins exprimés.
L’invention concerne ainsi un procédé de fabrication d’un élément de cuisson revêtu (1 ) comprenant les étapes suivantes : i. Fourniture d’un substrat métallique (2) et d’une maille métallique (3), ledit substrat métallique (2) présentant une face (2a) destinée à être mise en contact avec ladite maille métallique (3) ; ii. Fixation de ladite maille métallique (3) sur ladite face (2a) dudit substrat métallique (2) ; iii. Fourniture d’un film (4), ledit film (4) comprenant une couche (4a) comprenant un ou plusieurs polymères thermoplastiques semi-cristallins ou amorphes, ladite couche (4a) étant destinée à être mise en contact avec ladite face (2a) dudit substrat métallique (2) et avec ladite maille métallique (3) ; iv. Chauffage dudit substrat métallique (2) et de ladite maille métallique (3) ; v. Positionnement dudit film (4) de sorte que la couche (4a) soit en regard de ladite face (2a) dudit substrat métallique (2) et de ladite maille métallique (3) chauffés lors de l’étape iv. ; vi. Réalisation de l’assemblage dudit substrat métallique (2) et de ladite maille métallique
(3) avec ledit film (4) par frappe à chaud, ledit substrat métallique (2) et ladite maille métallique (3) étant à une température supérieure à la température la plus faible parmi les points de fusion des polymères thermoplastiques semi-cristallins et les températures de transition vitreuse (Tg) des polymères thermoplastiques amorphes de la couche (4a) au moment de l’assemblage.
Avantageusement, les étapes i. à vi. sont réalisées successivement.
Substrat métallique (2) utilisé dans l’étape i du procédé
A titre de substrats métalliques (2) utilisables dans le cadre de l’invention, on peut avantageusement citer les substrats en aluminium, en acier inoxydable, en fonte de fer ou d’aluminium, ou en titane ou en cuivre.
Par aluminium au sens de la présente invention s’entend d’un métal constitué à 100 % d’aluminium ou d’un alliage d’aluminium.
Avantageusement, le substrat métallique (2) est un substrat en aluminium, en acier inoxydable ou un substrat métallique multicouches, notamment bicouches ou tri-couches, ces multicouches pouvant être obtenues par exemple par colaminage, par diffusion à chaud sous charge (solid state bonding) ou par frappe (impact bonding) à chaud ou à froid.
De préférence, le substrat métallique (2) comprend une alternance de couches en métal et/ou en alliage métallique.
Selon un mode de réalisation, le substrat métallique (2) est un substrat en alliage d’aluminium, en acier inoxydable ou un substrat métallique multicouches dont la face (2a) est en alliage d’aluminium ou en acier inoxydable.
De préférence, le substrat métallique (2) est un substrat en aluminium.
Avantageusement, l’épaisseur du substrat métallique (2) est comprise entre 0,5 mm et 10 mm.
Avantageusement, la face (2a) du substrat métallique (2) a subi un traitement de surface préalablement à l’assemblage avec le film (4) permettant d’améliorer l’adhésion dudit film audit substrat. Selon un mode de réalisation, la surface de la face (2a) du substrat métallique (2) a subi un traitement de surface, le dit traitement de surface étant une attaque chimique, un brossage, une hydratation, un sablage, un grenaillage, un traitement physicochimique de type plasma ou corona ou laser, une activation chimique ou une combinaison de ces différentes techniques.
Maille métallique (3) utilisée dans l’étape i du procédé
Par maille métallique, on n’entend pas uniquement une maille métallique composée de fils se croisant mutuellement mais également une feuille métallique perforée présentant des trous ou encore une maille en métal déployée.
Avantageusement, la maille métallique (3) est une maille métallique tissée ou une maille en métal déployé, préférentiellement en acier inoxydable.
La maille métallique (3) peut avoir une épaisseur comprise entre 50 pm et 800 pm, préférentiellement entre 150 pm et 500 pm.
Ainsi, lorsque la maille métallique (3) est tissée, les fils peuvent avoir un diamètre (ou une épaisseur) compris entre 50 pm et 800 pm, préférentiellement entre 150 pm et 500 pm.
Lorsque la maille métallique (3) est en métal déployé, la maille peut avoir une épaisseur comprise entre 50 pm et 800 pm, préférentiellement entre 150 pm et 500 pm.
Lorsque la maille métallique (3) est tissée, les fils métalliques tissés dans la même direction sont avantageusement distants les uns des autres entre 0,2 mm et 8 mm.
Le motif, c’est-à-dire, les zones vides dans la maille métallique tissée ou dans la maille métallique déployée, peuvent être tous identiques ou au contraire être différents.
Les Figures 2 et 3 représentent respectivement une maille en métal tissé et une maille en métal déployé pouvant être utilisées dans le cadre de la présente invention.
La maille métallique (3) a une dimension inférieure ou égale à celle du substrat métallique (2). Selon un mode de réalisation, la maille métallique (3) a subi un traitement de surface, le dit traitement de surface étant une attaque chimique, un brossage, une hydratation, un sablage, un grenaillage, un traitement physicochimique de type plasma ou corona ou laser, une activation chimique ou une combinaison de ces différentes techniques.
Etape (ii) de fixation de la maille métallique (3) sur la face (2a) du substrat métallique (2)
La maille métallique (3) est appliquée sur la face (2a) du substrat métallique (2).
La maille métallique (3) est fixée sur la face (2a) au moyen de points d’accroche ou bien par matriçage pour l’encastrer au moins partiellement dans la surface du substrat métallique (2).
Par fixation de la maille métallique (3) par points d’accroche, s’entend de la maille métallique (3) pré-sertie sur le substrat métallique (2) en quelques points et non sur toute sa surface en contact avec le substrat métallique (2). Cette fixation permet de positionner ladite maille métallique (3) sur ledit substrat métallique (2) pour les étapes ultérieures du procédé.
Avantageusement, la fixation de la maille métallique (3) sur la face (2a) du substrat métallique (2) est obtenue par matriçage pour encastrer ladite maille métallique (3) au moins partiellement dans ladite face (2a).
Par matriçage, on entend une opération qui consiste à frapper, par exemple avec un marteau-pilon ou un poinçon à l’aide d’une presse, ou presser fortement, par exemple au moyen d’une surface ou d’un rouleau, sur la maille métallique (3) pour l’encastrer au moins partiellement dans la surface du substrat métallique (2).
Contrairement à la fixation par points d’accroche, l’opération de matriçage est réalisée sur toute la surface de la maille métallique (2).
Avantageusement, l’opération de matriçage est réalisée au moyen d’une presse à température ambiante.
La profondeur d’enfoncement de la maille métallique (3) dépend de la force appliquée lors du matriçage, des duretés relatives des métaux de la maille métallique (3) et du substrat métallique (2) et des caractéristiques comme le diamètre des fils de la maille métallique (3).
Selon un mode de réalisation, la maille métallique (3) n’est que partiellement encastrée dans la surface du substrat métallique (2) et constitue des protrusions.
Selon un autre mode de réalisation, la maille métallique (3) est totalement encastrée dans la surface du substrat métallique (2).
Lorsque les métaux de la maille métallique (3) et du substrat métallique (2) sont différents, le matriçage peut permettre de créer un substrat composite ayant des propriétés résultant de celles des 2 métaux. Ainsi, si la maille métallique (3) est en métal plus dur que le substrat métallique (2), les propriétés mécaniques du métal de base seront modifiées, comme sa tendance à se déformer à chaud qui sera diminuée.
La maille métallique (3) après fixation sur le substrat métallique (2) peut créer une structuration de la surface permettant d’augmenter la surface de contact avec le film (4) et d’améliorer ainsi la cohésion de l’assemblage.
L’ensemble substrat métallique (2) et maille métallique (3) peuvent subir un traitement de surface après l’étape de fixation, le dit traitement de surface étant une attaque chimique, un brossage, une hydratation, un sablage, un grenaillage, un traitement physicochimique de type plasma ou corona ou laser, une activation chimique ou une combinaison de ces différentes techniques.
Avantageusement, la rugosité arithmétique moyenne Ra de la surface de la face (2a) du substrat métallique (2) est supérieure ou égale à 1 m, préférentiellement supérieure ou égale à 2 pm.
Avantageusement, la rugosité arithmétique moyenne Ra de la surface de la face (2a) du substrat métallique (2) est inférieure ou égale à 20pm.
Avantageusement, la rugosité arithmétique moyenne Ra de la surface de la face (2a) du substrat métallique (2) va de 2pm à 10pm. La rugosité arithmétique moyenne Ra est mesurée au moyen d’un rugosimètre selon la norme ISO 4287. Ra représente la moyenne arithmétique des écarts à la moyenne. La topographie de surface peut être étudiée notamment avec un profilomètre avec palpeur muni d'un stylet fin équipé d'une pointe en diamant, ou encore avec un appareil de métrologie optique type Altisurf®, dans lequel un capteur confocal chromatique permet une mesure sans contact. L'étude de cette topographie de surface permet de définir la rugosité arithmétique moyenne Ra.
Film (4) utilisé lors de l’étape iii du procédé
Le film (4) comprend une couche (4a) comprenant un ou plusieurs polymères thermoplastiques semi-cristallins ou amorphes, ladite couche (4a) étant destinée à être mise en contact avec ladite face (2a) dudit substrat métallique (2) et avec ladite maille métallique (3).
Le point de fusion des polymères thermoplastiques semi-cristallins et la température de transition vitreuse (Tg) des polymères thermoplastiques amorphes du film (4) peuvent être déterminés par des méthodes d’analyse thermique comme par Analyse Thermique Différentielle (ATD ou DSC pour Differential Scanning Calorimetry) ou encore par Analyse Mécanique Dynamique (AMD ou DAAA pour Dynamic Mechanic Analysis).
Selon un mode de réalisation, le film (4) comprend une unique couche (4a) comprenant un ou plusieurs polymères thermoplastiques semi-cristallins ou amorphes formant face de cuisson (5).
Selon une autre configuration, le film (4) comprend en outre une ou plusieurs couches comprenant chacune un ou plusieurs polymères thermoplastiques semi-cristallins ou amorphes.
Selon un mode de réalisation, le ou les polymères thermoplastiques semi-cristallins ou amorphes de la couche (4a) et, le cas échéant de la ou des couches supplémentaires du film (4), identiques ou différents, sont choisis dans le groupe comprenant :
- le polytétrafluoroéthylène (PTFE), les copolymères de tétrafluoroéthylène et de perfluoropropylvinyléther (PFA), les copolymères de tétrafluoroéthylène et d’hexafluoropropène (FEP), le polyfluorure de vinylidène (PVDF), les copolymères de tétrafluoroéthylène et de polyméthylvinyléther (MVA), les terpolymères de tétrafluoroéthylène, de polyméthylvinyléther et de fluoroalkylvinyléther (TFE/PMVE/FÀVE), l’éthylène tétrafluoroéthylène (ETFE), et leurs mélanges ;
- les polyarylether cétones (PÀEK), dont le polyether cétone (PEK), polyether ether cétone (PEEK), polyether cétone cétone (PEKK), polyether ether cétone cétone (PEEKK), polyether cétone ether cétone cétone (PEKEKK), préférentiellement le polyether ether cétone (PEEK) ;
- le poly(phenylene oxyde) (PPO), les polymères poly(aryléthersulfones) (PÀES) dont le polyethersulfone (PES), le polyphenylene ether sulfone (PPSU), les poly(arylène sulfures) (PAS) dont le sulfure de polyphenylene (PPS), les polymères à cristaux liquides ;
- le polyamideimide (PAI), polyimide (PI), polyetherimide (PEI), polybenzymidazole (PBI) ;
- et leurs mélanges.
Le film (4) peut également comprendre en outre au moins une charge et/ou au moins un renfort.
Au titre de charges utilisables dans la présente invention, on peut notamment citer les oxydes métalliques, les carbures métalliques, les oxy-nitrures métalliques, les nitrures métalliques, les silices et leurs mélanges.
Ces charges peuvent être présentes dans une ou plusieurs couches du film (4) ou dans chacune des couches du film (4).
Au titre de renforts utilisables au titre de la présente invention, on peut citer un renfort minéral ou métallique de type fibre, maille métallique, matériau ou tissu de fibre de verre. Le renfort peut également être constitué d’un polymère non fluoré à propriétés thermomécaniques élevées de type polyaryléthercétones (PEAK), comme par exemple le polyétheréthercétone (PEEK), ou de polyamide-imide (PAI). Le renfort peut se présenter sous la forme d’une couche du film (4) positionnée entre la couche (4a) et la couche (4) formant face de cuisson.
Afin d’améliorer l’adhésion du film (4) et du substrat métallique (2), la couche (4a) du film (4) entrant en contact avec la face (2a) du substrat métallique (2) et avec la maille métallique (3) lors de l’étape (vi) peut avoir subi un traitement de surface mécanique ou chimique. Le traitement de surface peut être une attaque chimique, un brossage, une hydratation, un sablage, un grenaillage, un traitement physicochimique de type plasma ou corona ou laser, une activation chimique ou une combinaison de ces différentes techniques. Selon un mode de réalisation, l’épaisseur dudit film (4) est comprise entre 5 pm et 500 pm, de préférence entre 25 pm et 150 pm.
La mesure de l’épaisseur de la ou des couches du film (4) est réalisée en 20 points aléatoires sur la coupe du film. L’épaisseur moyenne dudit film (4) est obtenue en faisant la moyenne de ces 20 mesures.
L’épaisseur totale du film (4) de l’élément de cuisson revêtu (1 ) selon l’invention, c’est-à- dire mesurée sur l’élément de cuisson une fois qu’il a été revêtu par le film (4), est comprise entre 5 pm et 500 pm, de préférence entre 25 pm et 150 pm.
La mesure de l’épaisseur du film (4) de l’élément de cuisson revêtu (1 ) selon l’invention est réalisée en 20 points aléatoires sur la coupe du substrat revêtu. L’épaisseur moyenne dudit film (4) est obtenue en faisant la moyenne de ces 20 mesures.
Le film (4), avant assemblage avec le substrat métallique (2), peut être obtenu par dépôt d’une première couche sur un support, puis éventuellement par le dépôt successif des autres couches, puis par exfoliation dudit film pour le séparer du support. Les couches du film (4) peuvent également être assemblées entre elles par tout autre procédé d’assemblage, comme par laminage par exemple.
De façon générale, le film (4) de l’élément de cuisson revêtu (1 ) couvre en totalité la face (2a) du substrat métallique (2), mais il peut être envisagé que seule une partie du substrat métallique (2) soit recouverte.
Dans l’exemple de réalisation illustré sur la Figure 1 , le film (4) comporte 2 couches (4a, 4b).
Etape iv
Le substrat métallique (2) et la maille métallique (3) issus de l’étape (ii) sont chauffés lors de l’étape iv préalablement aux étapes v et vi du procédé. Le substrat métallique (2) et la maille métallique (3) peuvent être chauffés au moyen de tout équipement adéquat, dans un four ou par induction par exemple. Etape v
Avant l’assemblage lors de l’étape vi, le film (4) est positionné au-dessus du substrat métallique (2) de sorte que sa couche (4a) soit en regard de la face (2a) du substrat métallique (2) et de la maille métallique (3) préalablement chauffés lors de l’étape iii.
Le film (4) est positionné de sorte que l’ensemble de la surface de la couche (4a) entre en contact simultanément avec la surface de la face (2a) du substrat métallique (2) et de la maille métallique (3) lors de l’étape vi d’assemblage.
Afin d’assurer cette mise en contact, le film (4) peut être fixé sur l’outil supérieur ou bien être tendu entre 2 rouleaux.
Etape vi
Lors de l’assemblage du substrat métallique (2) et de la maille métallique (3) avec le film (4) par frappe à chaud, ledit substrat métallique (2) et ladite maille métallique (3) sont à une température supérieure à la température la plus faible parmi les points de fusion des polymères thermoplastiques semi-cristallins et les températures de transition vitreuse (Tg) des polymères thermoplastiques amorphes de la couche (4a) au moment de l’assemblage.
Lorsque la température au moment de l’assemblage est inférieure à la température la plus faible parmi les points de fusion des polymères thermoplastiques semi-cristallins et les températures de transition vitreuse (Tg) des polymères thermoplastiques amorphes de la couche (4a), l’adhésion du film (4) sur le substrat métallique (2) et la maille métallique (3) n’est pas suffisante.
Lorsque la température est supérieure à 550° C, une dégradation du film (4) est observée.
Lorsque la couche (4a) comprend majoritairement en poids du PTFE parmi les polymères thermoplastiques semi-cristallins ou amorphes la constituant, le substrat métallique (2) et la maille métallique (3) sont à une température comprise entre 350° C et 550° C, de préférence à une température comprise entre 400° C et 450° C au moment de l’assemblage avec le film (4). La température du substrat métallique (2) et de la maille métallique (3) au moment de l’assemblage correspond à la température du substrat métallique (2) et de la maille métallique (3) lorsque débute la frappe, c’est-à-dire lorsque débute la mise sous pression de l’ensemble substrat métallique (2) et maille métallique (3)/film (4).
Selon un mode de réalisation, l’assemblage par frappe à chaud lors de l’étape vi. est réalisé au moyen d’une presse hydraulique ou mécanique comprenant un outil inférieur et un outil supérieur entre lesquels sont assemblés le substrat métallique (2) et la maille métallique (3) avec le film (4), ledit substrat métallique (2) étant préférentiellement en contact avec l’outil inférieur et ledit film (4) étant préférentiellement en contact avec l’outil supérieur.
La surface de l’outil inférieur, avantageusement plane, peut subir un traitement de surface de façon à éviter tout collage du substrat métallique sur ledit outil.
Avantageusement, le plan de la surface de l’outil supérieur, par rapport au plan de la surface de l’outil inférieur, présente un angle compris entre 0.01 ° et 0.5° , préférentiellement entre 0.15° et 0.25° . Cet angle permet de limiter l’emprisonnement d’air lors de l’étape d’assemblage.
Avantageusement, les outils d’assemblage ne sont pas chauffés préalablement à l’étape d’assemblage v.
Optionnellement, l’outil inférieur peut-être chauffé. Optionnellement, l’outil supérieur peut être refroidi.
Selon un mode de réalisation, l’outil inférieur est chauffé à une température comprise entre 25° C et la température du substrat métallique (2) au moment de l’assemblage et/ou l’outil supérieur est porté à une température comprise entre 15°C et 120°C lors de l’étape vi.
Sauf indication contraire, les valeurs de température indiquées dans la présente demande correspondent à des valeurs de températures mesurées et ne sont pas des températures de consigne.
Les valeurs de température sont mesurées par tous les moyens adéquats, par exemple au moyen d’une sonde de température positionnée à la surface ou dans la masse de l’élément chauffé ou refroidi. La température du substrat métallique (2) et de la maille métallique (3) au moment de l’assemblage correspond à la température de la surface (2a) du substrat métallique (2) lorsque débute la mise sous pression de l’ensemble substrat métallique (2) et maille métallique (3) /film (4).
La température du substrat métallique (2) et de la maille métallique (3) peut ensuite baisser pendant l’opération de frappe, en particulier lorsque l’outil inférieur n’est pas chauffé préalablement à l’étape d’assemblage.
Lors de l’opération de frappe de l’étape vi, une pression supérieure ou égale à 100 MPa, préférentiellement de plusieurs centaines de MPa est avantageusement mise en oeuvre.
Selon un mode de réalisation, le substrat métallique (2), la maille métallique (3) et le film (4) sont maintenus sous une pression comprise entre 100 MPa et 800 MPa, de préférence entre 350 MPa et 500 MPa lors de l’étape vi.
La pression appliquée lors de l’opération de frappe est considérablement plus élevée que celle appliquée dans les procédés classiques d’assemblage substrat métallique/film polymère tels que le pressage à chaud qui n’est que de quelques MPa.
Selon un mode de réalisation, la durée de maintien sous pression du substrat métallique (2), de la maille métallique (3) et du film (4) est inférieure ou égale à 1 minute, de préférence inférieure ou égale à 15 secondes lors de l’étape vi.
La frappe peut être réalisée par l’application d’un coup sec, pendant une durée inférieure à 5 secondes.
Selon un autre mode de réalisation, la durée de maintien sous pression du substrat métallique (2), de la maille métallique (3) et du film (4) est comprise entre 1 seconde et
I minute, préférentiellement entre 2 secondes et 15 secondes lors de l’étape vi.
Le film (4) est essentiellement chauffé par conduction lors de sa mise en contact au moment de l’assemblage avec le substrat métallique (2) chauffé et la maille métallique (3) chauffée.
II est ensuite refroidi pendant la frappe du fait de l’inertie thermique des outils d’assemblage dont la température est inférieure à la température de chauffe du substrat métallique (2). La température du film (4) peut ainsi chuter rapidement lors de l’opération de frappe, en particulier lorsque l’outil inférieur n’est pas chauffé préalablement à l’étape d’assemblage.
Le film (4) n’est avantageusement pas chauffé préalablement à l’étape vi d’assemblage.
Selon le procédé de l’invention, il est ainsi possible de chauffer très localement le film (4), en particulier à l’interface substrat métallique (2)-film (4), à une température au-delà de la température la plus faible parmi les points de fusion des polymères thermoplastiques semi- cristallins et les températures de transition vitreuse (Tg) des polymères thermoplastiques amorphes de la couche (4a) et ce pendant un temps très court, ce qui n’engendre pas de dégradation du film (4).
Avantageusement, la température du film (4) à l’issue de l’étape vi. d’assemblage dudit film (4) avec le substrat métallique (2) et la maille (3), c’est-à-dire lorsque l’assemblage du film (4), du substrat métallique (2) et de la maille (3) n’est plus maintenu sous pression, est inférieure à la température la plus faible parmi les points de fusion des polymères thermoplastiques semi-cristallins et les températures de transition vitreuse (Tg) des polymères thermoplastiques amorphes de la couche (4a).
La combinaison, au moment de l’assemblage par frappe, d’une température et d’une pression telles que décrites ci-dessus, permet d’assurer l’adhésion du film (4) sur le substrat métallique (2) et la maille métallique (3) en des temps très courts.
Lors de l’étape ii, la maille métallique (3) est fixée sur la face (2a) au moyen de points d ’accroche ou est au moins partiellement encastrée dans la surface du substrat métallique (2).
L’étape vi d’assemblage du substrat métallique (2) et de la maille métallique (3) avec le film (4) par frappe à chaud peut également conduire à un encastrement partiel de la maille métallique (3) dans la surface du substrat métallique (2).
La présence de la maille métallique (3) permet d’améliorer les performances de la surface de cuisson antiadhésive, en particulier en augmentant la résistance du revêtement antiadhésif aux rayures. La maille métallique (3) peut permettre de limiter la pénétration d’outils métalliques dans le revêtement antiadhésif limitant ainsi la formation des rayures.
Du fait de la présence de la maille métallique (2), la face de cuisson (5) de l’élément de cuisson revêtu (1 ) peut également présenter une texturation de surface, avec la formation de reliefs sous forme par exemple de protrusions.
Ces reliefs peuvent permettre d’accroître la résistance du revêtement antiadhésif aux rayures, en particulier lors de l’utilisation d’outils métalliques qui entrent alors en contact principalement avec les sommets des reliefs de ladite face de cuisson (5).
La Figure 4 représente, à titre purement illustratif et non limitatif, une vue en coupe d’exemples de réalisation d’un élément de cuisson revêtu (1 ) selon l’invention, comportant un substrat métallique (2), une maille métallique (3) et un film (4).
Sur la Figure 4a, la maille métallique (3) est intégralement sertie dans le substrat métallique (2).
Sur la Figure 4b, la maille métallique (3) n’est que partiellement sertie dans le substrat métallique (2) et la surface de la maille métallique (3) émerge à la surface du film (4), c’est- à-dire que le film (4) ne recouvre pas l’intégralité de la maille métallique (3).
Sur la Figure 4c, la maille métallique (3) n’est que partiellement sertie dans le substrat métallique (2) et la surface de la maille métallique (3) est entièrement recouverte par le film (4).
Selon une variante non représentée, la maille métallique (3) n’est que partiellement sertie dans le substrat métallique (2) et la surface de la maille métallique (3) est entièrement recouverte par le film (4). La surface du film (4) après assemblage n’est pas plane du fait de la présence de la maille métallique et présente des reliefs sous forme de protrusions.
L’élément de cuisson revêtu (1 ) peut également présenter des configurations de l’assemblage du substrat métallique (2), de la maille métallique (3) et du film (4) qui ne sont pas identiques dans les différentes zones de l’élément de cuisson revêtu (1 ). Ainsi, la maille métallique (3) peut être complètement sertie dans le substrat métallique (2) dans certaines zones de l’élément de cuisson revêtu (1 ) et partiellement sertie dans le substrat métallique (2) dans d’autres zones de l’élément de cuisson revêtu (1 ).
Après assemblage, le substrat métallique (2) et la maille métallique (3) revêtus du film (4) sont laissés à refroidir à température ambiante afin d’obtenir une adhésion entre le substrat métallique (2), la maille métallique (3) et le film (4) qui soit maximale.
Le substrat métallique (2) revêtu du film (4) peut ensuite être mis en forme à l’issue de l’étape (vi).
Un second objet de l’invention concerne ainsi un procédé de mise en forme d’un élément de cuisson revêtu tel que décrit ci-dessus comprenant une étape (a) d’emboutissage de l’élément de cuisson revêtu (1 ) obtenu à l’issue de l’étape (vi).
Le procédé de mise en forme peut en outre comprendre une étape (b) d’étirage de l’élément de cuisson revêtu (1 ) obtenu à l’issue de l’étape (a).
L’adhésion du film (4) sur le substrat métallique (2) avant mise en forme doit être suffisamment bonne pour éviter toute perte d’adhésion pendant et après l’opération de mise en forme.
L’élément de cuisson revêtu (1 ) selon le procédé de l’invention peut former un récipient de cuisson dans un article culinaire choisi dans le groupe constitué de casserole, poêle, poêlons ou caquelons pour fondue ou raclette, fait-tout, wok, sauteuse, crêpière, grill, plancha, marmite, cocotte, moule culinaire.
L’élément de cuisson revêtu (1 ) selon le procédé de l’invention peut former un récipient de cuisson dans un appareil électrique de cuisson choisi dans le groupe constitué de crêpière électrique, appareil électrique à raclette, appareil électrique à fondue, grill électrique, plancha électrique, cuiseur électrique, robot cuiseur, machine à pain. Ainsi l’article culinaire peut former un accessoire de cuisson pour un appareil électrique de cuisson.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d’un élément de cuisson revêtu (1 ) comprenant les étapes suivantes : i. Fourniture d’un substrat métallique (2) et d’une maille métallique (3), ledit substrat métallique (2) présentant une face (2a) destinée à être mise en contact avec ladite maille métallique (3) ; ii. Fixation de ladite maille métallique (3) sur ladite face (2a) dudit substrat métallique (2) ; iii. Fourniture d’un film (4), ledit film (4) comprenant une couche (4a) comprenant un ou plusieurs polymères thermoplastiques semi-cristallins ou amorphes, ladite couche (4a) étant destinée à être mise en contact avec ladite face (2a) dudit substrat métallique (2) et avec ladite maille métallique (3) ; iv. Chauffage dudit substrat métallique (2) et de ladite maille métallique (3) ; v. Positionnement dudit film (4) de sorte que la couche (4a) soit en regard de ladite face (2a) dudit substrat métallique (2) et de ladite maille métallique (3) chauffés lors de l’étape iv. ; vi. Réalisation de l’assemblage dudit substrat métallique (2) et de ladite maille métallique (3) avec ledit film (4) par frappe à chaud, ledit substrat métallique (2) et ladite maille métallique (3) étant à une température supérieure à la température la plus faible parmi les points de fusion des polymères thermoplastiques semi-cristallins et les températures de transition vitreuse (Tg) des polymères thermoplastiques amorphes de la couche (4a) au moment de l’assemblage.
2. Procédé de fabrication d’un élément de cuisson revêtu (1 ) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l’assemblage par frappe à chaud lors de l’étape vi. est réalisée au moyen d’une presse hydraulique ou mécanique comprenant un outil inférieur et un outil supérieur entre lesquels sont assemblés le substrat métallique (2) et la maille métallique (3) avec le film (4), ledit substrat métallique (2) étant préférentiellement en contact avec l’outil inférieur et ledit film (4) étant préférentiellement en contact avec l’outil supérieur.
3. Procédé de fabrication d’un élément de cuisson revêtu (1 ) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le substrat métallique (2), la maille métallique (3) et le film (4) sont maintenus sous une pression comprise entre 100 MPa et 800 MPa, de préférence entre 350 MPa et 500 MPa lors de l’étape vi.
4. Procédé de fabrication d’un élément de cuisson revêtu (1 ) selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que la durée de maintien sous pression du substrat métallique (2), de la maille métallique (3) et du film (4) est inférieure ou égale à 1 minute, de préférence inférieure ou égale à 15 secondes lors de l’étape vi.
5. Procédé de fabrication d’un élément de cuisson revêtu selon l’une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la durée de maintien sous pression du substrat métallique (2), de la maille métallique (3) et du film (4) est comprise entre 1 seconde et 1 minute, préférentiellement entre 2 secondes et 15 secondes lors de l’étape vi.
6. Procédé de fabrication d’un élément de cuisson revêtu (1 ) selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le plan de la surface de l’outil supérieur, par rapport au plan de la surface de l’outil inférieur, présente un angle compris entre 0.01 ° et 0.5° , préférentiellement entre 0.15° et 0.25° .
7. Procédé de fabrication d’un élément de cuisson revêtu (1 ) selon l’une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en que l’outil inférieur est chauffé à une température comprise entre 25° C et la température du substrat métallique (2) au moment de l’assemblage et/ou l’outil supérieur est porté à une température comprise entre 15°C et 120°C lors de l’étape vi.
8. Procédé de fabrication d’un élément de cuisson revêtu (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit substrat métallique (2) est un substrat en aluminium, en acier inoxydable ou un substrat métallique multicouches dont la face (2a) est en alliage d’aluminium ou en acier inoxydable.
9. Procédé de fabrication d’un élément de cuisson revêtu (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la surface de la face (2a) du substrat métallique (2) a subi un traitement de surface, le dit traitement de surface étant une attaque chimique, un brossage, une hydratation, un sablage, un grenaillage, un traitement physicochimique de type plasma ou corona ou laser, une activation chimique ou une combinaison de ces différentes techniques.
10. Procédé de fabrication d’un élément de cuisson revêtu (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la maille métallique (3) est une maille métallique tissée ou une maille en métal déployé, préférentiellement en acier inoxydable.
11. Procédé de fabrication d’un élément de cuisson revêtu (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la maille métallique (3) a une épaisseur comprise entre 50 pm et 800 pm.
12. Procédé de fabrication d’un élément de cuisson revêtu (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la fixation de la maille métallique (3) sur la face (2a) du substrat métallique (2) est obtenue par matriçage pour encastrer ladite maille métallique (3) au moins partiellement dans ladite face (2a).
13. Procédé de fabrication d’un élément de cuisson revêtu (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le film (4) comprend une unique couche (4a) comprenant un ou plusieurs polymères thermoplastiques semi-cristallins ou amorphes formant face de cuisson (5).
14. Procédé de fabrication d’un élément de cuisson revêtu (1 ) selon l’une quelconque des revendications 1 à 12 caractérisé en ce que ledit film (4) comprend en outre une ou plusieurs couches comprenant chacune un ou plusieurs polymères thermoplastiques semi-cristallins ou amorphes.
15. Procédé de fabrication d’un élément de cuisson revêtu (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le ou les polymères thermoplastiques semi-cristallins ou amorphes de la couche (4a) et, le cas échéant de la ou des couches supplémentaires du film (4), identiques ou différents, sont choisis dans le groupe comprenant :
- le polytétrafluoroéthylène - (PTFE), les copolymères de tétrafluoroéthylène et de perfluoropropylvinyléther (PFÀ), les copolymères de tétrafluoroéthylène et d’hexafluoropropène (FEP), le polyfluorure de vinylidène (PVDF), les copolymères de tétrafluoroéthylène et de polyméthylvinyléther (MVÀ), les terpolymères de tétrafluoroéthylène, de polyméthylvinyléther et de fluoroalkylvinyléther (TFE/PMVE/FÀVE), l’éthylène tétrafluoroéthylène (ETFE), et leurs mélanges ;
- les polyarylether cétones (PÀEK), dont le polyether cétone (PEK), polyether ether cétone (PEEK), polyether cétone cétone (PEKK), polyether ether cétone cétone (PEEKK), polyether cétone ether cétone cétone (PEKEKK), préférentiellement le polyether ether cétone (PEEK) ; - le poly(phenylene oxyde) (PPO), les polymères poly(aryléthersulfones) (PÀES) dont le polyethersulfone (PES), le polyphenylene ether sulfone (PPSU), les poly(arylène sulfures) (PAS) dont le sulfure de polyphenylene (PPS), les polymères à cristaux liquides ;
- le polyamideimide (PAI), polyimide (PI), polyetherimide (PEI), polybenzymidazole (PBI) ;
- et leurs mélanges.
16. Procédé de fabrication d’un élément de cuisson revêtu (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le film (4) comprend en outre au moins une charge et/ou au moins un renfort.
17. Procédé de fabrication d’un élément de cuisson revêtu (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la face (4a) du film (4) entrant en contact avec la face (2a) du substrat métallique (2) et avec la maille métallique (3) lors de l’étape (vi) a subi un traitement de surface mécanique ou chimique.
18. Procédé de fabrication d’un élément de cuisson revêtu (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l’épaisseur dudit film (4) est comprise entre 5 pm et 500 pm, de préférence entre 25 pm et 150 pm.
19. Procédé de mise en forme d’un élément de cuisson revêtu (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant une étape (a) d’emboutissage de l’élément de cuisson revêtu (1 ) obtenu à l’issue de l’étape (vi).
20. Procédé de mise en forme selon la revendication 19 d’un élément de cuisson revêtu (1 ) comprenant en outre une étape (b) d’étirage de l’élément de cuisson revêtu (1 ) obtenu à l’issue de l’étape (a).
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