FR2461582A1 - Panneau composite nervure et procede pour solidariser un element en resine thermoplastique a un support - Google Patents

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Abstract

A. L'INVENTION CONCERNE UN PANNEAU COMPOSITE NERVURE PRESENTANT UNE BONNE RESISTANCE A LA CHALEUR ET AUX AGENTS ATMOSPHERIQUES, AINSI QU'UN PROCEDE POUR LE FABRIQUER. B.LE PANNEAU COMPREND UNE FEUILLE EN RESINE THERMOPLASTIQUE AU DOS DE LAQUELLE ON COLLE UNE PREMIERE COUCHE DE RESINE THERMODURCISSABLE, ON FAIT RETICULER LADITE COUCHE, ON Y APPLIQUE UNE DEUXIEME COUCHE DE RESINE THERMODURCISSABLE, ON Y IMMERGE PARTIELLEMENT DES NERVURES TRANSVERSALEMENT A LA FEUILLE, PUIS ON LA FAIT RETICULER. C.L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT A LA FABRICATION DE PANNEAUX CONVENANT COMME CLOISONS OU PAROIS POUR L'INTERIEUR OU L'EXTERIEUR DES BATIMENTS.

Description

Panneau composite nervuré et procédé pour solidariser
un élement en résine thermoplastique à un support
La présente invention a pour objet un panneau composite nervuré, comprenant une feuille solidarisée à des nervures transversales par l'intermédiaire d'un liant, ainsi qu un procédé pour solidariser un élément en résine thermoplastique à un support.
Les panneaux nervurés présentent l'avantage de combiner une bonne résistance à la flexion et une grande légèreté.
Jusqu'à présent, les panneaux nervurés de structure composite obtenus en solidarisant des nervures à une feuille (par exemple par collage ou rivetage) ont généralement présenté le désavantage de mal résister à l'influence de la chaleur, ce qui restreint grandement leur domaine d'application. Ils présentent plus particulièrement la particularité désavantageuse de mal résister aux chocs thermiques tels que ceux provoqués par l'alternance des jours et des nuits ou l'action des précipitations, dans le cas de panneaux soumis au rayonnement solaire. En présence de telles sollicitations thermiques, ces panneaux composites connus subissent en général une détérioration rapide caractérisée par un décollement local des nervures, une rupture de celles-ci ou une fissuration de la feuille.
L'invention vise à remédier à cet inconvénient en fournissant à cet effet un panneau nervuré de structure composite qui présente à la fois une haute résistance à l'action de la chaleur, spécialement aux chocs thermiques, et une bonne résistance aux agents atmosphériques et aux intempéries.
En conséquence, l'invention est relative à un panneau composite nervuré comprenant une feuille solidarisée à des nervures transversales par l'intermédiaire d'un liant ; selon l'invention, la feuille est en résine thermoplastique et le liant comprend un enduit de résine thermodurcissable collé à ladite feuille et scellé sur les nervures.
Dans le panneau selon l'invention, les nervures transversales ont pour fonction de conférer au panneau une bonne résistance à la flexion. Leurs dispositions respectives, leurs dimensions et leur nombre dépendent de divers facteurs, notamment des dimensions du panneau et de l'importance des sollicitations dont il est le siège en service. Par exemple, dans le cas le plus simple de panneaux soumis à un effort de flexion dans un seul plan transversal à la feuille, il suffit que les nervures soient toutes parallèles entre elles et au plan de sollicitation.
On préfère toutefois, selon une forme de réalisation particuliere de l'invention, assembler les nervures du panneau entre elles suivant une structure en treillis, de préférence une structure triangulée. Une structure en nid d'abeilles s'est avérée particulièrement avantageuse.
Le choix du matériau des nervures n'est pas critique pour l'invention, et il dépend notamment du nombre et de la disposition des nervures, ainsi que de l'usage auquel on destine le panneau. A titre d'exemple, on peut les réaliser en métal, en verre, en bois, en carton fort ou en matière plastique.
En variante, dans le cas particulier où les nervures du panneau selon l'invention sont assemblées les unes aux autres selon une structure en treillis, par exemple une structure en nid d'abeilles, les alvéoles de la structure peuvent éventuellement contenir une matière légère isolante, par exemple une mousse de polyuréthane, dans le but de conférer de bonnes propriétés d'isolation thermique ou phonique au panneau.
Selon l'invention, la feuille du panneau est en résine thermoplastique.
Par résine thermoplastique on entend désigner, dans le cadre de l'invention, une résine qui possède la propriété de se ramollir sous l'action de la chaleur, permettant sa mise en forme, et de durcir sous l'effet d'un refroidissement subséquent de manière réversible.
Selon l'invention, des résines thermoplastiques préférées sont celles choisies parmi les polymères vinyliques, le polystyrène et les polymères à base de nitrile acrylique, de butadiène et de styrène. Les polymères vinyliques contenant au moins 50 % molaires de chlorure de vinyle, et plus spécialement le polychlorure de vinyle, se sont avérés particulièrement avantageux.
La feuille peut avoir toute forme adéquate, compatible avec la destination du panneau. Elle est généralement plane, mais elle peut aussi, en variante, être conformée et avoir par exemple une forme cintrée ou ondulée, ou la forme d'un objet creux.
Elle peut être obtenue par toute technique communément utilisée pour la fabrication des feuilles en résine thermoplastique, par exemple par une technique d'extrusion éventuellement suivie d'un thermoformage sous vide ou par emboutissage.
L'épaisseur de la feuille n'est pas critique. Elle dépend de la nature de la résine thermoplastique qui la constitue et de la destination du panneau, et elle peut varier, par exemple, de quelques microns à plusieurs millimètres.
Le liant a une double fonction. Il sert, d'une part, à solidariser la feuille aux nervures et il participe, d'autre part, à absorber les tensions de cisaillement qui naissent dans le panneau sous l'action des dilatations différentes des nervures et de la feuille, provoquées par exemple par un échauffement du panneau.
Selon l'invention, le liant comprend un enduit de résine thermodurcissable qui est collé à la feuille et scelle sur les nervures.
Par résine thermodurcissable, on entend désigner une résine polymérique qui possède la propriété de durcir de manière irréversible sous l'action de la chaleur.
Des résines thermodurcissables qui se sont avérées particulièrement adéquates dans le cadre de l'invention sont les résines de polyesters insaturés contenant un monomère de réticulation.
Ces résines de polyesters peuvent notamment être préparées par estérification d'acides dibasiques saturés tels que par exemple les acides phtalique, adipique, succinique et sébacique avec un alcool insaturé tel que pa exemple un alcool allylique, ou par estérification d'un alcool polyhydrique saturé tel que, par exemple, l'éthylène glycol, le diéthylène glycol, le triméthylène glycol,l.2-propylène glycol ou le glycérol, avec une acide polycarboxylique insaturé ou un anhydride dérivé de ces acides tels que par exemple les acides ou anhydrides maleique, fumarique, itaconique et citraconique. Il est cependant bien entendu que tout polyester insaturé peut être utilisé.
Ainsi qu'il a été dit, la résine de polyester insaturé contient en outre un monomère de réticulation tel que par exemple le phtalate de diallyle ou le styrène.
La résine de polyester insaturé peut en outre contenir un générateur de radicaux libres favorisant la réaction de réticulation tel que par exemple un peroxyde organique et un catalyseur comme le naphténate ou l'octoate de cobalt. On peut choisir ce générateur de façon telle qu'il ne déclenche la réaction de réticulation qu'au moment désiré par exemple en donnant la préférence à un catalyseur qui ne devient actif qu a partir d'une température nettement supérieure à la température ambiante.
On peut aussi utiliser des peroxydes actifs à température ambiante en recourant aux techniques connues qui consistent à ne réunir les divers ingrédients déclenchant la réticulation qu'au moment de leur utilisation.
La liaison entre la feuille en résine thermoplastique et l'enduit de résine thermodurcissable est assurée par collage.
Le collage peut être réalisé par tout moyen propre à assurer l'adhérence réciproque des deux résines, par exemple de la manière décrite dans le brevet britannique 866 776 de Artrite
Resins Ltd, du 12 mars 1957, ou par l'intermédiaire d'un adhésif approprié.
Dans une forme de réalisation préférée du panneau selon l'invention, le collage de la feuille en résine thermoplastique à l'enduit de résine thermodurcissable est obtenu au moyen d'un vernis adhésif comprenant un polymère contenant au moins 50% molaire d'un ester acrylique et du tétrahydrofuranne, tel que décrit et revendiqué dans le brevet français 2 220 570 du 8 mars 1973 au nom de la Demanderesse.
L'utilisation d'un tel vernis adhésif confère au panneau composite nervuré selon l'invention des propriétés optimum de résistance au délaminage par cisaillement.
Du polyméthacrylate de méthyle dissous dans un mélange de tétrahydrofuranne et de diméthylformamide s'est avéré être un vernis particulièrement avantageux.
Conformément à l'invention, l'enduit de résine thermodurcissable est scellé sur les nervures du panneau. On entend par cette expression, que la zone marginale des nervures est noyée dans l'enduit de résine thermodurcissable.
L'épaisseur de cette zone marginale des nervures doit etre suffisante pour assurer un accrochage efficace des nervures à l'enduit de résine thermodurcissable. En règle générale, une épaisseur de l'ordre de 0,5 à 7,5 mm s'est avérée satisfaisante.
Il convient évidemment de ne pas exagérer l'épaisseur de cette zone, sous peine de nuire à la légèreté et aux propriétés isolantes du panneau.
Le panneau composite nervuré selon l'invention possède un vaste domaine d'applications. Il trouve notamment des applications intéressantes dans l'industrie du bâtiment et dans l'industrie de l'ameublement, où il peut servir à la fabrication de cloisons ou de parois fixes ou mobiles, de tablettes. Grâce à son excellente résistance au délaminage par cisaillement, alliée à une excellente résistance aux agents atmopshériques, il est par ailleurs bien adapté à résister aux intempéries et il convient dès lors spécialement bien pour la réalisation d'éléments dans l'industrie aéronautique ainsi que pour fabriquer des coques de bateaux légers tels que des voiliers de plaisance, ou des éléments de carosserie de véhicules légers tels que des remorques de voiture automobile ou des caravanes.
Suivant l'application à laquelle on le destine, le panneau selon l'invention peut comprendre une seule feuille en résine thermoplastique ou, en variante, une paire de feuilles en résine thermoplastique disposées transversalement de part et d'autre des nervures et solidarisées à celles-ci, respectivement par deux enduits de résine thermodurcissable, de la manière décrite plus haut.
L'invention concerne par ailleurs un procédé pour solidariser un élément en résine thermoplastique à un support, qui est spécialement adapté à la fabrication du panneau composite selon l'invention. A cet effet, conformément à l'invention, on applique une couche d'un vernis adhésif sur l'élément en résine thermoplastique, on applique une première couche d'une résine thermodurcissable sur la couche de vernis adhésif et on provoque son durcissement, on applique ensuite une seconde couche de résine thermodurcissable sur la première couche de résine thermodurcissable, on noie partiellement le support dans la seconde couche de résine thermodurcissable, puis on provoque le durcissement de celle-ci.
Dans le procédé selon l'invention, le support peut par exemple être en métal, en bois, en matière plastique, en carton, en papier ou en tout autre matériau adéquat. Sa forme n'est pas critique et dépend essentiellement de l'usage auquel on destine le matériau composite formé du support et de l'élément en résine thermoplastique. Le support peut par exemple etre une plaque pleine ou ajourée, une nervure ou une structure en treillis notamment une structure en nid dtabeilles.
La résine thermoplastique et la résine thermodurcissable sont des notions bien connues en technique, qui ont eté définies plus haut.
La forme de l'élément en résine thermoplastique ntest pas critique non plus. Cet élément peut être par exemple une pellicule mince de quelques microns, ou une plaque plane, cintrée ou ondulée.
Le vernis adhésif doit être choisi en fonction de la nature des résines thermoplastique et thermodurcissable utilisés, de manière à assurer une adhésion efficace de la première couche de résine thermodurcissable à l'élément en résine thermoplastique.
Des vernis préférés sont ceux à base d'un polymère contenant au moins 50 % molaire d'un ester acrylique dans du tétrahydrofuranne, décrits et revendiqués dans le brevet français 2 220 570 du 8 mars 1973 au nom de la Demanderesse. Ces vernis préférés se sont avérés particulièrement efficace dans le cas où la résine thermodurcissable est une résine de polyester insaturé et où la résine thermoplastique est choisie parmi les polymères vinyliques, le polystyrène et les polymères à base de nitrile acrylique, de butadiène et de styrène.
ta quantité de vernis adhésif à utiliser dépend de la nature de celui-ci et du choix des résines thermoplastique et thermodurcissable ; elle peut etre aisément déterminée dans chaque cas particulier par un travail de routine au laboratoire.
L'application de la couche de vernis sur l'élément en résine thermoplastique peut par exemple être effectuée par une technique de pulvérisation ou par enduction au rouleau, à la brosse où à la lame.
L'application de la première couche de résine thermodurcissable sur la couche de vernis adhésif peut par exemple etre exécutée par pulvérisation ou enduction.
Après avoir appliqué la première couche de résine thermodurcissable sur la couche de vernis adhésif, on déclenche la réaction de réticulation pour durcir la résine. Dans certains cas, la réaction de réticulation de la résine peut démarrer spontanément, lorsque les générateurs de radicaux libres et les catalyseurs qu'elles contient sont actifs à la température ambiante.
Après que la réticulation de la première couche de résine thermodurcissable est terminée, on applique sur celle-ci une seconde couche de résine thermodurcissable.
Bien que la seconde couche de résine thermodurcissable puisse être différente de la première couche, on préfère suivant l'invention, utiliser la même résine thermodurcissable pour former les deux couches de résine.
Pour assurer la liaison entre la seconde couche de résine thermodurcissable et le support, on plonge ce dernier partiellement dans cette couche, puis on provoque la réticulation de celle-ci.
Dans l'exécution du procédé selon l'invention, il peut s'avérer souhaitable d'incorporer des fibres de renforcement dans au moins une des deux couches de résine thermodurcissable, par exemple des fibres de verre. A cet effet, on peut par exemple pulvériser la résine et y projeter simultanément les fibres individuelles pour former la couche ou, en variante, on peut noyer une feuille non tissée ou un tissu de fibres dans la couche de résine thermodurcissable.
Toutes autres choses étant égales, l'application, conformément au procédé selon l'invention, de la résine thermodurcissable en deux couches superposées entre l'élément en résine thermoplastique et le support, présente l'avantage de réaliser entre ceux-ci un enduit d'épaisseur optimum pour l'absorption des tensions de cisaillement générées par des dilatations différentes de l'élément en résine thermoplastique et du support.
Dans le cas où l'élément en résine thermoplastique est une feuille mince, le procédé selon l'invention apporte l'avantage supplémentaire d'éviter une déformation de la feuille par impression du support dans celle-ci pendant le durcissement de la résine thermodurcissable
Des particularités et détails de l'invention vont apparaître au cours de la description suivante du dessin annexé qui représente schématiquement une forme de réalisation particulière du panneau selon l'invention, dans lequel les nervures sont assemblées les unes aux autres selon une structure en nid d'abeilles.
La figure 1 montre en section longitudinale, la structure en nid d'abeilles du panneau.
La figure 2 est une section transversale selon le plan Il-Il du panneau de la figure 1.
Dans ces figures, des mêmes notations de référence désignent des éléments identiques.
Le panneau représenté aux figures comprend une paire de feuilles ou plaques parallèles 2 et 3 solidarisées à un ensemble de nervures transversales 1, de part et d'autre de celles-ci.
Les nervures 1 sont assemblées les unes aux autres pour former une structure en nid d'abeilles. Elles sont par exemple en papier ou en carton, et les feuilles de recouvrement 2 et 3 peuvent avantageusement être en polychlorure de vinyle.
Le liaison entre les nervures 1 et les deux feuilles 2 et 3 est assurée par l'intermédiaire de deux enduits 4 et 5 de résine thermodurcissable scellés aux nervures et collés respectivement aux feuilles 2 et 3 par l'intermédiaire d'une couche de vernis adhésif 6, respectivement 7.
Conformément à l'invention, pour fabriquer le panneau représenté aux figures, on applique d'abord la couche 6 du vernis adhésif sur la feuille 2, puis on applique sur la couche de vernis 6 une première couche 8 de l'enduit de résine thermodurcissable 4, et on provoque sa réticulation.
Après réticulation de la couche 8 de résine thermodurcissable, on applique sur celle-ci une seconde couche 9 de résine thermodurcissable et, avant sa réticulation, on y enfonce partiellement les nervures 1 de la structure en nid d'abeilles. On provoque ensuite la réticulation de la couche 9, de manière à la faire adhérer à la couche 8 et à y sceller les nervures 1.
On recommence ensuite le cycle des opérations précédentes pour lier la feuille 3 aux nervures 1, par l'intermédiaire de la couche de vernis 7 et de deux couches superposées 10 et 11 formant l'enduit de résine thermodurcissable 5.
Les exemples d'application suivant vont faire ressortir l'intérêt de l'invention.
Dans chacun de ces exemples, on a soumis des panneaux composites à des chocs thermiques réglés, selon un cycle défini.
Les panneaux utilisés avaient 1,35 m de long sur 0,40 m de large et étaient constitués chacun d'un support de 18 mm d'épaisseur, engagé entre deux feuilles planes de recouvrement d'environ 1,5 mm d'épaisseur, avec interposition d'un liant.
Chaque cycle du traitement thermique a compris les étapes successives suivantes - un chauffage des panneaux à environ 600C, pendant sept heures, - un conditionnement des panneaux à température ambiante (environ
20"C) pendant 1 heure, - une trempe dans une chambre froide maintenue à -200C, pendant
15 heures, - un conditionnement à température ambiante pendant 1 heure.
Pour le chauffage des panneaux à 60 CC, on a utilisé une rampe à infra-rouge de 29 KW, disposée à 3,30 m des panneaux, de manière à porter leur surface à environ 600C.
Exemple 1
Le panneau soumis à l'essai était conforme à l'invention et comprenait une structure de support en nid d'abeilles, en papier, engagée entre deux feuilles en polychlorure de vinyle ; le liant entre la structure en nid d'abeilles et chacune des feuilles consistait en un enduit d'environ 3 mm d'une résine de polyester insaturé, renforcée de fibres de verre.
Pour fabriquer le panneau, on a d'abord appliqué sur chaque feuille en polychlorure de vinyle, une couche d'un vernis adhésif ayant la composition suivante, exprimée en x du poids total de la composition polyméthacrylate de méthyle : 12 copolymère de chlorure et d'acétate de vinyle : 6 tetrahydrofuranne : 12 diméthylformamide : 25 méthyléthylcétone : 30 acétate d'éthyle : 15
L'application du vernis adhésif sur les feuilles en polychlorure de vinyle a été effectuée par imprégnation au 2 rouleau à raison de 200 g/m2.
On a ensuite appliqué sur la couche de vernis adhésif d'une des feuilles, une première couche de la résine de polyester d'environ 1 mm d'épaisseur. On a utilisé à cet effet un pistolet de pulvérisation à deux ajutages reliés respectivement à deux pots d'alimentation distincts. Dans l'un des pots, on a introduit un mélange constitué de 70 parties en poids du produit connu sous le nom UCEFLEX R 66 SL (UNION CHIMIQUE BELGE) qui est un polyester insaturé dérivé d'acide maléique, d'acide phtalique et de propylène glycol, 30 parties en poids de styrène et 2,5 parties en poids de peroxyde de méthyléthylcétone. Dans l'autre pot, on a introduit une composition similaire, à la seule différence que les 2,5 parties de peroxyde de méthyléthylcétone ont été remplacées par 1 partie d'octoate de cobalt.
Pendant la pulvérisation de la première couche de polyester, on y a projeté des fibres de verre d'environ 3 cm de long, à raison de 30% de fibres par rapport au poids total de la couche de polyester.
La feuille recouverte de la première couche de polyester insaturé a ensuite été chauffée pendant une heure dans une étuve à 500C, de façon à assurer la réticulation du polyester.
Après réticulation de la première couche de polyester, on a appliqué sur celle-ci une seconde couche du même polyester, d'environ 2 mm d'épaisseur. On a utilisé à cet effet la même technique que pour l'application de la première couche de polyester.
Avant de provoquer la réticulation de la seconde couche de polyester ou a appliqué sur celle-ci la structure en nid d'abeilles en l'immergeant d'environ 0,5 à 1 mm dans la couche de polyester. On a ensuite déclenché la réticulation de la seconde couche de polyester, de la manière décrite ci-dessus pour la première couche de polyester.
Par la suite, on a appliqué la technique précédente pour former successivement une première et une seconde couche de polyester sur l'autre feuille en polychlorure de vinyle et pour sceller ensuite la structure en nid d'abeilles dans la seconde couche de polyester.
Le panneau ainsi obtenu, conforme à l'invention, a subi avec succès plus de 40 cycles successifs de l'essai de résistance aux chocs thermiques décrit plus haut, sans qu'apparaisse une fissuration des feuilles de recouvrement en polychlorure de vinyle, ni un délaminage par cisaillement au niveau des couches de polyester, ni une rupture de la structure de support en nid d'abeilles.
Les exemples 2 et 3 concernent des panneaux composites antérieurs à l'invention.
Exemple 2
On a soumis à l'essai de résistance aux chocs thermiques décrit plus haut, un panneau dont la structure de support a consisté en une plaque en polystyrène expansé, les deux feuilles de recouvrement étant en polychlorure de vinyle. La liaison des feuilles à la structure de support a été obtenue au moyen d'une colle au néoprène.
Après sept cycles consécutifs de l'essai de résistance aux chocs thermiques, on a observé un décollement total des feuilles de polychlorure de vinyle.
Exemple 3
On a répété l'essai de l'exemple 2 avec un panneau dont les deux feuilles de recouvrement étaient en polychlorure de vinyle et dont la structure de support a consisté en une plaque en aggloméré de bois. La liaison entre la plaque et les feuilles a été obtenue au moyen d'une colle au néoprene.
Après une heure et demie de chauffage à 600C, de la manière décrite à l'exemple 1, on a observé l'apparition de boursouflures à la surface des feuilles de recouvrement, consécutives à un décollement local de celles-ci.
Une comparaison du résultat de l'exemple 1 avec ceux des exemples 2 et 3 fait apparaître immédiatement le progrès apporté par l'invention, dans la résistance des panneaux composites à l'influence des chocs thermiques.

Claims (10)

REVENDICATIONS
1 - Panneau composite nervuré, comprenant une feuille solidarisée à des nervures transversales par l'intermédiaire d'un liant, caractérisé en ce que la feuille est en résine thermoplastique et le liant comprend un enduit de résine thermodurcissable collé à ladite feuille et scellé sur les nervures.
2 - Panneau selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résine thermoplastique est choisie parmi les polymères vinyliques, le polystyrène et les polymères à base de nitrile acrylique, de butadiène et de styrène.
3 - Panneau selon la revendication 2, caractérisé en ce que la résine thermoplastique est du polychlorure de vinyle.
4 - Panneau selon ltune quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la résine thermodurcissable est une résine de polyester insaturé.
5 - Panneau selon la revendication 4, caractérisé en ce que la résine de polyester contient des fibres de verre.
6 - Panneau selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'enduit de résine thermodurcissable est collé à la feuille en résine thermoplastique par l'intermédiaire d'un vernis adhésif comprenant un polymère contenant au moins 50% molaire d'un ester acrylique et du tétrahydrofuranne.
7 - Panneau selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les nervures transversales sont assemblées les unes aux autres selon une structure en treillis.
8 - Panneau selon la revendication 7, caractérisé en ce que la structure en treillis est une structure en nid d'abeilles.
9 - Procédé pour solidariser un élément en résine thermo- plastique à un support, caractérisé en ce qu'on applique une couche d'un vernis adhésif sur l'élément en résine thermoplastique, on applique une première couche d'une résine thermodurcissable sur la couche de vernis adhésif et on provoque son durcissement, on applique ensuite une seconde couche de résine thermodurcissable sur la première couche de résine thermodurcissable, on noie partiellement le support dans la seconde couche de résine thermodurcissable, puis on provoque le durcissement de celle-ci.
10 - Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'on met en oeuvre la même résine thermodurcissable pour former les deux couches de résine thermodurcissable.
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