FR2466342A1 - Procede de production d'une feuille a structure stratifiee - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de production d'une feuille à structure stratifiée. Cette feuille est obtenue par fixation de deux feuilles métalliques sur une feuille de polyoléfine au moyen de films d'adhésif qui sont étirés latéralement avant d'être fixés aux feuilles métalliques. Domaine d'application : fabrication de feuilles stratifiées. (CF DESSIN DANS BOPI)

Description

L'invention concerne un procédé de production d'une feuille à structure stratifiée, comprenant de minces feuilles de métal et des feuilles de polyoléfine collées au moyen de films d'adhésif.

Il existe divers procédés connus destinés à améliorer la résistance du collage entre des feuilles de polyoléfine et de minces feuilles métalliques constituant une feuille stratifiée. Un exemple de ces procédés consiste à insérer un film de colle entre la feuille métallique et la feuille de polyoléfine et à améliorer la composition de ce film de colle.

Un autre exemple consiste à régler de manière convenable les conditions dans lesquelles la feuille stratifiée est produite.

Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 3 616 019 décrit un procédé correspondant au premier exemple, c'est-àdire un procédé dans lequel de minces couches métalliques extérieures sont collées sur une couche intérieure relativement épaisse, en matière thermoplastique, au moyen d'un film d'adhésif ayant des caractéristiques physiques et une composition particulières.

Un exemple du second procédé est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 3 634 166. Dans ce procédé, de minces couches intercalaires, favorisant l'adhésion, sont collées sur les deux faces d'une feuille de polyéthylène, puis des feuilles métalliques sont collées sur ces couches au moyen de rouleaux appliqués sous pression.

En outre, la demande de brevet japonais N 88884/1978 décrit un procédé de préparation d'une feuille stratifiée, consistant à appliquer une mince feuille métallique sur chacune des faces d'une couche de polyoléfine. Les feuilles métalliques sont collées sous pression sur les deux faces d'une feuille de polyoléfine en fusion dont le point de fusion ne dépasse pas 280"C, le collage s'effectuant au moyen d'une couche intermédiaire d'adhésif comprenant de 99 à 70 parties en poids d'une polyoléfine modifiée obtenue par greffage, sur une partie ou la totalité de cette polyoléfine, d'au moins un monomère choisi parmi des acides carboxyliques saturés et leurs dérivés, et 1 à 30 parties en poids d'un élastomère hydrocarbone.

Cependant, le brevet N 3 616 019 précité ne décrit pas clairement le procédé réel et détaillé de production de feuilles stratifiées. Selon le procédé décrit dans le brevet N 3 634 166 précité, lorsque de minces films sont collés sur les deux faces d'une feuille de polyéthylène, ils ne peuvent être appliqués en contact uniforme avec cette feuille par simple pression contre elle au moyen de rouleaux, car les films ne sont pas autoportants et, par conséquent, une force de collagesuffisante ne peut être obtenue. Les feuilles stratifiées ainsi obtenues n'ont donc pas une surface lisse et elles ne peuvent être commodément mises en forme et travaillées.

La demande N 88884/1978 précitée ne permet pas d'obtenir un contact étroit et uniforme entre le film d'adhésif et la feuille métallique, ni une bonne adhésion entre eux.

Par conséquent, des espaces existent entre la feuille métallique et la feuille de polyoléfine faisant partie de la feuille stratifiée résultante, et la surface de cette dernière est inégale et non lisse.

Comme mentionné précédemment, il est fréquent que la feuille métallique et la feuille de polyoléfine entrant dans la constitution de feuilles stratifiées classiques se séparent à l'emplacement soumis à un certain traitement lorsque les feuilles stratifiées classiques sont mises dans une forme particulière par cintrage è faible rayon ou par emboutissage.

Cette séparation entraîne fréquemment une destruction, lors de l'utilisation, du produit ainsi mis en forme.

L'invention concerne donc un procédé de production d'une feuille à structure stratifiée, ne présentant pas les inconvénients indiqués précédemment, mais présentant une très
grande adhérence entre une mince feuille métallique et une feuille de polyoléfine. La feuille stratifiée selon l'invention peut être fortement courbée et emboutie sans présenter de décollage. Sa surface est très lisse et ne présente pas d'iné- galités.

L'invention concerne donc un procédé de production d'une feuille à structure stratifiée comprenant cinq couches, les première et cinquième couches étant constituées d'une feuille métallique, les deuxième et quatrième couches étant constituées d'un film d'adhésif et la troisième couche étant constituée d'une feuille de polyoléfine. Le procédé consiste à coller la première couche à la deuxième couche, à coller la cinquième couche à la quatrième couche, puis à coller la deuxième couche à une face de la feuille de polyoléfine en fusion et coller la quatrième couche à l'autre face de cette feuille, sous pression.Le procédé est caractérisé en ce que la deuxième couche et la quatrième couche sont tendues transversalement par rapport à la direction dans laquelle les couches sont traitées, avant que la deuxième couche soit collée à la première couche et que la quatrième couche soit collée à la cinquième couche.

L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels
la figure 1 est une coupe transversale d'un mode de réalisation de la feuille à structure stratifiée obtenue par le procédé de l'invention ;
la figure 2 est une élévation schématique d'un appareil destiné à la mise en oeuvre du procédé de l'invention
la figure 3 est une coupe longitudinale d'un rouleau incurvé destiné à étirer latéralement le film d'adhésif et
la figure 4 est une vue en perspective montrant le passage du film d'adhésif sur le rouleau incurvé.

La figure 1 représente la feuille à structure stratifiée selon l'invention, constituée deune feuille 23de polyoléfine qui forme une âme fixée entre des feuilles métalliques 21et 25 par des films22 et 24d'adhésif.

Parmi les polyoléfines pouvant être utilisées pour la réalisation de la feuille23 et pouvant également être utilisées comme matière de base pour constituer des polyoléfines modifiées utilisées pour les films22 et24 d'adhésif, on peut mentionner des polymères ayant un degré de cristallisation d'au moins 25 Z, mesuré aux rayons XZ par exemple des homopolymères d'a-oléfines tels que les éthylène, propylène, 1butène, 1-pentène, 3-méthyl-1-butène, 1-hexènet 4-méthyl -1- pentène et autres, des copolymères de l'une des a-oléfines précitées avec moins de 10 moles %, de préférence moins de 7 moles %, d'une autre oléfine, ou des mélanges de ces ma tières.On peut également mentionner des copolymères de l'a- oléfine précitée avec un substituant acyloxy, en particulier acétoxy, par exemple de l'acétate de vinyle, ou bien leurs formes saponifiées.

Il est préférable d'utiliser, parmi ces matières, un polyéthylène ou un polypropylène à densité moyenne ou à faible densité, en particulier un polyéthylène ayant un poids spécifique compris entre 0,910 et 0,970 g/cm3 et ayant un indice de fusion (19o c) compris entre 0,05 et 100.

Des polyoléfines modifiées utilisées pour la formatin des films d'adhésif peuvent être obtenues par greffage d'un acide carboxylique insaturé ou son dérivé sur une partie ou la totalité des polyoléfines précitées.

On peut mentionner, comme acide carboxylique insaturé, l'acide acrylique, l'acide méthacrylique, l'acide fumarique, l'acide maléique, l'acide itaconique, l'acide citraconique et autres.

On peut mentionner comme dérivés d'acides insaturés des anhydridesd'acides,'desesters, des amides, des imides des sels métalliques et autres. Des exemples de ces matières comprennent l'anhydride maléique, l'anhydride citraconique, l'anhydride itaconique, l'acrylate de méthyle, le méthacrylate de méthyle, l'acrylate d'éthyle, le méthacrylate d'éthyle, l'acrylate de butyle, le méthacrylate de butyle, l'acrylate de glycidyle, le méthacrylate de glycidyle, le maléate de mono-éthyle, le maléate de diéthyle, le fumarate de monométhyle, le fumarate de diméthyle, l'itaconate de monométhyle, l'itaconate de diéthyle, l'acrylamide, le méthacrylamide, le mono-amide d'acide maléique, le diamide d'acide maléique, le N-mono-éthylamide d'acide maléique, le
N,N-diéthylamide d'acide maléique, le N-monobutylamide d'acide maléique, le N,N-dibutylamide d'acide maléique, le mono-amide d'acide fumarique, le diamide d'acide fumarique, le N-monoéthylamide d'acide fumarique, le N,N-diéthylamide d'acide fumarique, le N-monobutylamide d'acide fumarique, le N,N-dibutylamide d'acide fumarique, le maléimide, le N-butylmaléimide, le N-phénylmaléimide, l'acrylate de sodium, le méthacrylate de sodium, l'acrylate de potassium, le méthacrylate de potassium, etc.

Parmi ces matières, l'anhydride maléique est particulièrement avantageux.

Il existe divers procédés connus pour greffer l'un des monomères précités sur des polyoléfines. Par exemple, on fait réagir à température élevée une polyoléfine et un monomère à greffer en présence ou en l'absence d'un solvant, avec ou sans apport d'initiateur radicalaire. Un autre monomère de vinyle, par exemple du styrène, peut être ajouté à la réaction.

La quantité de monomère greffé sur une polyoléfine (appelée ci-après "degré de greffage") est comprise de préfé rence entre 10 4 et 3 % en poids.

La polyoléfine peut être greffée en partie ou en totalité. Cependant, de point de vue production industrielle, il est souhaitable qu'une polyoléfine modifiée, ayant un degré de greffage compris entre 10 et 6 % en poids, soit préparée au préalable, puis mélangée à une polyoléfine non modifiée, car la concentration du monomère de greffage dans la composition peut être ainsi réglée convenablement.

On peut mentionner, comme élastomères hydrocarbonés constituant un composant du film d'adhésif, le polyisobutylène, le caoutchouc éthylène-propylène, le caoutchouc éthylène-1-butène, le butyl-caoutchouc, le caoutchouc-butadiène, le caoutchouc styrène-butadiène, le caoutchouc éthylènebutadiène, le caoutchouc isoprène et autres.

Parmi ces matières, le caoutchouc éthylène-propylène et le polyisobutylène sont particulièrement avantageux.

On peut ajouter à la feuille de polyoléfine constituant l'âme et au. film d'adhésif de la feuille stratifiée selon l'invention un agent de stabilisation résistant à la chaleur, un agent de stabilisation résistant aux intempéries, un lubrifiant, un agent antistatique, un agent de nucléation, un pigment, un colorant, un retardateur de flamme,un inhibiteur d'adhérence de contact, un agent de glissement et autres, en quantité communément utilisée.

Le film d'adhésif est composé de 70 à 99 parties en poids, et de préférence. de 80 à 97 parties en poids, d'une polyoléfine modifiée, et de 1 à 30 parties en poids, de pré férence 3 à 20 parties en poids, d'un élastomère hydrocarboné (ce qui fait au total 100 parties en poids). Lorsque l'élas- tomère hydrocarboné constitue moins d'une partie en poids, la force d'adhésion n'est pas améliorée. Lorsqu'il constitue plus de 30 parties en poids, l'aptitude au formage du film d'adhésif n'est pas bonne.

Le film d'adhésif est généralement préparé sous une épaisseur comprise entre 10 et 100 micromètres par mise en forme au moyen d'une filière en T ou par mise en forme par gonflage. -Il est possible d'utiliser une feuille adhésive épaisse, mais ceci n'est pas avantageux d'un point de vue économique.

Les feuilles métalliques de la structure stratifiée peuvent être constituées de métaux tels que l'aluminium, le fer, le cuivre, l'étain, le nickel et autres, et des alliages contenant un ou plusieurs de ces métaux, par exemple des aciers inoxydables. L'aluminium est particulièrement avantageux. La feuille métallique a une épaisseur généralement comprise entre 0,01 et 0,5 mm, et elle est en général dégraissée avant d'être utilisée.

Pour améliorer l'adhésivité, une très faible quantité de composés minéraux, par exemple d'un lubrifiant, de charges ét autres, peut être ajoutée au film d'adhésif.

On peut mentionner, comrne composés minéraux, de l'oxyde de magnésium, de l'oxyde de calcium, de l'oxyde d'aluminium, du bioxyde de titane, du sulfate de magnésium, du sulfate de calcium, de l'hydroxyde de magnésium, de l'hydroxyde d'aluminium et autres.

Selon l'invention, une traction est appliquée à la deuxième couche et à la quatrième couche, dans une direction transversale à la direction d'avance des couches avant que la deuxième couche soit collée à la première couche et que la quatrième couche soit collée à la cinquième couche.

Ce procédé permet d'éliminer divers inconvénients tels que le plissage du film d'adhésif lors de sa fixation à la feuille métallique, ainsi qu'un manque d'uniformité du contact entre le film d'adhésif et la feuille métallique, ce manque d'uniformité entraînant la présence d'air entre les deux couches. En conséquence, l'adhérence entre la feuille métallique et le film d'adhésif peut être renforcée en même temps que celle entre la feuille métallique et la feuille de polyoléfine.

Par conséquent, dans la feuille à structure stratifiée ainsi obtenue, la feuillernétallique etlefilm d'adhésif ne se séparent pas sous l'effet des flexions et des emboutissages à un faible rayon.

Dans le procédé de l'invention, le film d'adhésif est renforcé et supporté par la feuille métallique avant d'être fixé à la feuille de polyoléfine, de sorte que le film d'adhésif et ladite feuille de polyoléfine peuvent être placés en contact uniforme et serrés l'un contre l'autre. Ainsi, la feuille à structure stratifiée obtenue présente, dans son ensemble, une grande résistance mécanique.

Divers procédés connus peuvent être mis en oeuvre pour appliquer une traction aux films d'adhésif, c'est-à-dire à la deuxième couche et à la quatrième couche, dans la direction transversale à la direction d'avance de ces couches d'adhésif. L'un de ces procédés consiste à faire passer le film d'adhésif sur un rouleau incurvé dont l'axe suit un arc de cercle. Il est préférable d'utiliser un rouleau incurvé dont la surface est revêtue d'un caoutchouc à coefficient de frottement élevé.

La figure 3 représente un exemple d'un tel rouleau incurvé. Un axe flexible 31est fixé de manière à avoir une forme incurvée. Un rouleau 32en caoutchouc est mis en rotation, au moyen de paliers spéciaux33, autour de cet axe 31Le degré de courbure de l'axe peut être réglé au moyen d'un dispositif 34de réglage d'angle. Le rouleau de caoutchouc peut être entraîné par une source de force motrice si cela est nécessaire.

Comme représenté sur la figure 4, le film 42 d'adhésif passe sur le rouleau incurvé en caoutchouc, du côté A vers le côté B et, lors de ce passage sur le rouleau incurvé, le frottement se produisant entre la surface du rouleau et le film 42 provoque une dilatation de ce dernier dans la direction transversale.

En outre, comme montré sur la figure 2, des feuilles métalliques 1 et 1, dégraissées et déroulées de bobines débitrices, passent sur des rouleaux de guidage 3, 3', 4 et 4', sont chauffées par des dispositifs 6 et 6' de préchauffage qui les portent à une température comprise entre 70 et 200 C, puis avancent vers des paires de rouleaux 5 et 5'. La température de ces rouleaux 5 et 5' est de préférence comprise entre 100 et 150 C. Il est préférable d'utiliser les dispositifs 6 et 6' de préchauffage du type à soufflage d'air chaud.La température de l'air chaud est généralement comprise entre 100 et 300 C, et de préférence entre 150 et 250 C. Ainsi, les feuilles métalliques peuvent être préchauffées uniformément avec un rendement thermique élevé.

La surface extérieure des feuilles métalliques peut être revêtue après dégraissage.

De minces films 2 et 2', préparés au préalable afin de former des films d'adhésif, sont dirigés vers des rouleaux 20 et 20' d'étirement sur lesquels ces films 2 et 2' sont étirés dans la direction transversale à la direction d'avance, puis ils sont dirigés vers les paires de rouleaux 5 et 5' afin d'être fixés aux feuilles métalliques et de former ainsi une feuille à deux couches. Si cela est souhaité, ces feuilles sont chauffées par des dispositifs 7 et 7' qui les portent à une température comprise entre 120 et 2000C, afin de former des stratifiés à deux couches.Selon le procédé montré sur la figure 2, les stratifiés à deux couches sont formés en continu et simultanément, mais il est également possible de mettre en oeuvre un procédé dans lequel un stratifié à deux couches est préparé au préalable en un autre emplacement, puis dirigé directement sur une feuille 9 de polyoléfine en fusion, auquel cas les dispositifs de chauffage 7 et 7' ne sont pas nécessaires.

La feuille 9 de polyoléfine est extrudée d'une machine 8 d'extrusion à l'état fondu, c'est-à-dire à une température supérieure à son point de fusion et inférieure à 280 C, puis elle est dirigée vers la zone de serrage de rouleaux 10 et 10' de pression. L'épaisseur de la feuille de polyoléfine en fusion est généralement comprise entre 1 et 6 mm. Lorsque la température de cette feuille est inférieure au point de fusion, la feuille ne peut être collée aux films d'adhésif.

Par contre, lorsque la température est supérieure à 2800C, la possibilité d'adhérence est relativement diminuée.

La température des rouleaux presseurs 10 et 10 est réglée à une valeur comprise entre la température ambiante et 300 C. Les deux feuilles stratifiées précitées sont pressées contre les deux surfaces de la feuille de polyoléfine en fusion, puis dirigées vers plusieurs paires de rouleaux Il et 11' de refroidissement. La feuille 12 à structure stratifiée ainsi obtenue est refroidie sur les rouleaux de refroidissement qui la compriment également sous une pression comprise entre 0,1 et 4 bars lorsqu'elle passe dans ces paires de rouleaux. La feuille stratifiée, qui est ainsi suffisamment comprimée, est tirée vers l'extérieur par un dispositif 13 de contraction, puis coupée en longueurs constituant des pièces produites.

Exemple I
Pour préparer un polyéthylène modifié, on mélange 10 parties en poids de polyéthylène à haute densité (indice de fusion de 1,5 et densité de 0,965), auquel on greffe 1,0 % en poids d'anhydride maléique, avec 90 % en poids de polyéthylène de densité moyenne (indice de fusion de 4,0 et densité de 0,925).

Une composition constituée de 90 % en poids du polyéthylène modifié ainsi obtenu et de 10 % en poids de polyisobutylène est mise par gonflage sous la forme d'un film de 20 micromètres d'épaisseur à une température de résine de 220 C.

Le film obtenu est utilisé comme film d'adhésif. Pour former l'âme, on utilise un polyéthylène à haute densité (indice de fusion de 1,0, densité de 0,957 et point de fusion de 120 C), et comme feuille métallique, on utilise une feuille d'aluminium de 0,2 mm d'épaisseur. Les matières précitées sont introduites dans l'appareil montré sur la figure 2 de manière à former une feuille stratifiée. La température d'extrusion de la feuille 9 en polyéthylène en fusion est de 250 C, la température de réglage des rouleaux'presseurs 10 et 10' est de 200 C, et la pression des rouleaux de refroidissement est comprise entre 0,1 et 4 bars.

La feuille à structure stratifiée ainsi obtenue présente une surface régulière et très lisse.

Lorsque la feuille stratifiée est soumise à des flexions, aucune séparation n'apparaît entre la feuille métal lique et la feuille de polyéthylène, et la feuille stratifiée ne se brise pas.

Exemple 2
Pour préparer un polypropylène modifié, on mélange 10 parties en poids de polypropylène (indice de fusion de 7,0 et densité de 0191), sur lequel on greffe 1,0 % en poids d'anhydride maléique, avec 90 parties en poids de polypropylène (indice de fusion de 6,5 et densité de 0,91).

Une composition, constituée de 90 parties en poids du polypropylène modifié ainsi obtenu et de 10 parties en poids de polyisobutylène, est formée dans une filière en T afin de constituer un film de 50 micromètres d'épaisseur, à une température de résine de 2400C. Le film ainsi obtenu est utilisé comme film d'adhésif. Pour l'âme de la feuille, on utilise du polypropylène (indice de fusion de 1,5, densité de 0,91 et point de fusion de 165 C), et pour les feuilles métalliques, on utilise une feuille d'aluminium de 0,2 mm d'épaisseur. Les matières précitées sont stratifiées pour former la feuille, suivant le procédé de l'exemple 1. La température d'extrusion de la feuille de polypropylène est de 230 C, la température de réglage des rouleaux presseurs 10 et 10' est de 220cl, et la pression des rouleaux de refroidissement est comprise entre o,1 et 4 bars.

La feuille stratifiée ainsi obtenue présente une surface régulière et très lisse.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Procédé de production d'une feuille à structure stratifiée comprenant cinq couches, les première et cinquième couches étant constituées d'une feuille métallique, les deuxième et quatrième couches étant constituées d'un film d'adhésif et la troisième couche étant constituée d'une feuille de polyoléfine, ce procédé consistant à coller la première couche à la deuxième couche, à coller la cinquième couche à la quatrième couche, puis à coller sous pression la deuxième couche à une première face de la feuille de polyoléfine en fusion et coller sous pression la quatrième couche à l'autre face de ladite feuille de polyoléfine en fusion, le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer une traction aux deuxième et quatrième couches, dans une direction transversale à la direction d'avance desdites couches, avant que la deuxième couche soit collée à la première couche et que la quatrième couche soit collée à la cinquième couche.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deuxième et quatrième couches sont des films d'adhésif constitués de 70 à 99 parties en poids d'une polyoléfine modifiée, obtenue par greffage d'au moins un monomère, choisi parmi des acides carboxyliques insaturés et leurs dérivés, sur une partie ou la totalité de la polyoléfine, et 1 à 30 parties en poids d'un élastomère hydrocarboné.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la feuille de polyoléfine est constituée de polyéthylène ayant un poids spécifique compris entre 0,910 et 0,970 g/cm3 et un indice de fusion, à 1900C, compris entre 0,05 et 100.

4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la polyoléfine modifiée est modifiée par de l'anhy- dride maléique.

5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le degré de greffage des acides carboxyliques insaturés ou de leurs dérivés sur la polyoléfine est compris entre et 4 et 3 % en poids.

6. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élastomère hydrocarboné est choisi entre le polyisobutylène et le caoutchouc éthylène-propylène.

7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la feuille métallique est une feuille d'aluminium dont l'épaisseur est comprise entre 0,01 et.0,5 mm.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la traction est appliquée par passage des deuxième et quatrième couches sur des rouleaux dont l'axe de rotation suit un- arc de cercle.