FR2587937A1 - Materiau comportant une couche metallique et une couche adhesive - Google Patents

Abstract

LE MATERIAU COMPOSITE COMPORTE UNE COUCHE METALLIQUE 1 ET UNE COUCHE D'UN MATERIAU ADHESIF STRUCTUREL 2. CE MATERIAU ADHESIF STRUCTUREL EST DANS UN ETAT TEL QUE LA COUCHE 2 ADHERE A LA COUCHE 1 PAR SA SURFACE EN CONTACT AVEC CETTE DERNIERE, QUE LA DEUXIEME SURFACE DE LA COUCHE 2 N'A PAS DE PROPRIETES ADHESIVES, ET QU'IL PEUT ETRE AMENE DANS UN AUTRE ETAT DANS LEQUEL CETTE DEUXIEME SURFACE A DES PROPRIETES ADHESIVES.

Description

La présente invention a pour objet un matériau composite destiné à être usiné pour produire une première piece destinee à être assemblée par collage à une deuxième pièce.

Selon la définition donnée, par exemple, par W.C. Wake dans son livre "Adhesion and the Formulation of Adhesives", 2ème édition publiée en 1982 par Applied Science Publishers, Londres et New York, un matériau adhésif structurel est un matériau adhésif dont la résistance est telle qu'il transmet un effort de l'une à l'autre de ses faces sans l'aide de rivets ou d'autres moyens de liaison mecanique, l'effort transmis n'etant pas insignifiant mais comparable à celui que supportent raisonnablement les matériaux assembles eux-mêmes.

Il est généralement admis que les matériaux adhésifs structurels présentent une resistance au cisaillement supérieure à environ 12
N/mm2 lorsqu'ils sont soumis au test défini par la norme DIN 53283.

Parmi les materiaux adhésifs faisant partie de cette catégorie, on peut citer, à titre d'exemple non limitatif, les resines époxydes dites à phase latente, souvent désignées par leur nom anglais de "B-stage epoxy". A partir de leur etat non polymérisé, ces résines peuvent être mises dans un état partiellement polymérisé, leur phase latente, par l'action d'un durcisseur adequat. Dans cette phase latente, ces résines sont à l'état de solide et peuvent se présenter sous la forme de films plus ou moins minces.

A partir de cette phase latente, ces résines peuvent être amenées à leur etat complètement polymérisé en les chauffant à une température déterminee pendant un temps également détermine.

De telles resines époxydes à phase latente sont fournies, par exemple, par la maison FORTIN INDUSTRIES Inc. à Sylmar, Californie (USA) sous le nom commercial de POLYCAST EC (marque deposée).

Certaines matières plastiques thermofusibles ont également des propriétés qui permettent de les ranger parmi les materiaux adhésifs structurels.

Ces matières, qui sont souvent appelées de leur nom anglais de "Hot-Melt", sont dans un état solide en dessous de leur température de ramollissement et dans un état pâteux, plus ou moins fluide, au dessus de cette température.

Un exemple de telles matieres plastiques thermofusibles pouvant être rangees parmi les matériaux adhésifs structurels est fourni par le produit vendu par la maison ATOCHEM à Serquigny (France) sous le nom commercial de RILSAN (marque déposée).

Les techniques d'assemblage de pièces mecaniques à l'aide d'adhésifs structurels, ainsi que leurs avantages par rapport aux techniques traditionnelles, sont bien connues et ne seront pas décrites en détail ici, sinon pour rappeler que, actuellement, le matériau adhésif est déposé sur les pièces à assembler après que ces dernières ont été fabriquées de manières conventionnelle.

Ce dépôt du matériau adhésif doit être précédé d'un nettoyage soigneux des pièces destiné à enlever de celles-ci toute trace d'huile ou de tout autre produit utilisé pendant leur usinage.

Selon la nature de ces produits utilises pendant l'usinage des pièces, leur elimination complète peut être assez difficile à réaliser.

En outre, le dépôt du matériau adhésif peut être difficile à réaliser, notamment si la pièce sur laquelle il doit etre fait est de petites dimensions et/ou si la surface qui doit recevoir le matériau adhésif n'est pas plane.

Le but de la presente invention est de proposer un matériau dans lequel les pièces destinées à être assemblées à une autre pièce à l'aide d'un adhésif structurel peuvent être fabriquées sans restriction de dimension ou de forme.

Ce but est atteint par le matériau revendiqué.

L'invention va maintenant être décrite à l'aide du dessin dans lequel:
- la fig. 1 est une vue en coupe d'une première forme d'execu- tion du matériau composite selon l'invention; et
- la fig. 2 est une vue en coupe d'une deuxième forme d'exécution du matériau composite selon l'invention.

Dans une première forme d'exécution, illustrée par la fig. 1, le matériau selon l'invention comporte une couche 1 de métal ou d'un alliage de deux ou plusieurs métaux.

Ce metal ou cet alliage est celui dans lequel la pièce désirée doit être réalisée. Les dimensions de la couche 1, notamment son epaisseur, dépendent bien entendu des dimensions de la pièce à fabriquer et des opérations d'usinage prévues pour- cette fabrication.

Le materiau selon l'invention comporte en outre une couche 2 comprenant un matériau adhésif structurel.

Si cet adhésif est une résine epoxyde à phase latente, celle-ci est dans un état non polymerisé ou partiellement polymérisé, et la couche 2 comporte en outre un durcisseur destiné à provoquer la polymérisation complète de la résine au moment de l'utilisation de la pièce usinée dans le matériau composite.

Dans ce cas, la couche 2 peut être obtenue en déposant sur la couche métallique 1 un mélange forme par la resine sous la forme où elle est livrée par son fabricant, c'est-à-dire généralement sous la fore d'une poudre de résine non polymérisée ou partiellement polyniérisée, d'un solvant volatil adéquat et du durcisseur mentionné ci-dessus.

Ce mélange est liquide, et son dépôt sur la couche 1 ne pose pas de probleme particulier.

Le solvant est ensuite evaporé, et pendant cette évaporation, le mélange passe de son etat liquide à un état solide.

Si le mélange, dans son etat liquide, mouille la couche 1, ce qui est le cas lorsque le solvant a eté convenablement choisi, son passage de l'état liquide à l'état solide provoque, de maniere bien connue, l'adhésion des couches 1 et 2 par leurs faces en contact l'une avec l'autre.

Après cette évaporation du solvant, le matériau composite est prêt à l'emploi. La deuxieme face de la couche 2 n'a aucune propriete adhésive, puisque cette couche 2 est à l'état solide. Le matériau selon l'invention peut donc être manipulé, entassé,.even- tuellement roulé sur lui-même, etc... sans que cette deuxième face n'adhère à tout ce qui vient en contact avec elle.

Cependant, la resine comprise dans cette couche 2 est toujours dans l'état non polymérisé ou partiellement polymérise qu'elle avait avant le dépôt du melange ci-dessus. Elle est donc encore susceptible, en réponse à un traitement adequat dont un exemple sera décrit plus loin, de prendre un autre etat dans lequel au moins la deuxieme face de cette couche 2 a, de nouveau, des propriétés adhésives.

Si le materiau formant la couche 2 comporte une matière plastique thermofusible, le matériau composite représenté à la fig. 1 peut être obtenu en déposant sur la couche 1 une couche de cette matière thermofusible préalablement chauffée à une température supérieure à sa température de ramollissement. Dans le cas du RILSAN (marque déposée) mentionné ci-dessus, cette température de ramollissement est de l'ordre de 1800C.

Le matériau composite peut également être obtenu en déposant sur la couche 1 un film mince de la matière thermofusible choisie, dans son etat solide, et en chauffant l'ensemble ainsi formé jusqu a une température supérieure à cette temperature de ramollissement.

Dans les deux cas, ce chauffage provoque le ramollissement ou meme la liquéfaction de la matière plastique qui mouille alors la couche métallique 1.

Après refroidissement, la couche 2 adhère également fortement à la couche 1 par sa face qui est en contact avec cette dernière.

Cette adhérence est provoquée par le passage de l'état liquide, ou pâteux, à l'état solide que le matériau de cette couche 2 a subi en se refroidissant.

Après ce refroidissement, comme ci-dessus, la deuxième face de la couche 2 n'a plus aucune proprieté adhésive et le matériau composite est pret à l'emploi. Cependant, un chauffage subséquent à une température superieure à la température de ramollissement de la matière thermofusible redonne à cette couche 2, ou au moins a cette deuxième surface de cette couche 2, des propriétés adhésives.

Le dépôt de la couche 2 décrit ci-dessus ne pose aucun des problèmes rencontrés dans les techniques classiques d'assemblage de pieces à l'aide d'un matériau adhésif structurel et mentionnées ci-dessus, grâce notamment au fait que la couche métallique 1 est sensiblement plane au moment de ce dépôt. Le nettoyage de cette couche métallique qui doit généralement precéder ce dépot est également plus simple car, avant ce dépôt, cette couche métallique n'a en général pas subi d'usinage nécessitant l'emploi de produits difficilement éliminables.

Des essais ont montré que l'épaisseur de la couche d'adhésif structurel 2 n'est pas tres critique. Selon la dimension des pièces à fabriquer et l'importance des efforts que la couche d'adhésif devra transmettre lorsque ces pièces auront été assemblées, cette épaisseur peut être choisie entre quelques micromètres et quelques dizaines, voire quelques centaines de micromètres.

La déposante a constaté que, de manière surprenante, le matériau composite selon l'invention tel qu'il a été décrit ci-dessus peut subir des opérations d'usinage, comme des perçages, des étampages, des pliages, etc... sans que la couche 2 ne se separe de la couche 1. Le matériau composite a cette propriété même lorsque la couche 2 comporte une resine époxyde non polymérisée ou partiellement polymé- risee, bien que, de manière bien connue, les forces d'adhésion entre cette couche 2 et la couche 1 soient généralement plus faibles que si la résine époxyde etait completement polymérisée.

Il est donc possible, en utilisant le matériau composite selon l'invention, de réaliser des pièces ayant des formes ou des dimensions pratiquement quelconques, qui peuvent par la suite être assemblées à d'autres pièces par l'intermédiaire du matériau adhésif de la couche 2 qui subsiste après usinage.

Le problème mentionné ci-dessus du dépôt de l'adhésif sur des pièces non planes ou de petites dimensions est donc supprimé.

Ces pieces réalises à partir du matériau composite selon l'invention sont évidemment usinées de manière que la couche 2, ou ce qui en subsiste après l'usinage, soit situee entre ces pièces et celles avec lesquelles elles seront assemblées par la suite.

L'assemblage des pièces obtenues à partir du materiau selon l'invention avec d'autres pièces, obtenues à partir de matériaux classiques ou également à partir de matériaux composites selon l'invention, se fait exactement comme dans les techniques classiques.

Les pièces à assembler sont mises dans la position relative qu'elles doivent avoir dans l'ensemble terminé et appuyees l'une contre l'autre avec une certaine force.

Si le materiau adhésif de la couche 2 comporte une résine époxyde à phase latente et le durcisseur adequat, l'ensemble formé par les deux pièces à assembler est ensuite chauffe jusqu'à une température et pendant une duree qui sont prescrites par le fabricant de cette resine.

Ainsi, par exemple, dans le cas ou le materiau adhésif de la couche 2 est le POLYCAST EC (marque déposée) mentionné ci-dessus, l'ensemble doit être chauffé à 175"C et maintenu à cette temperature pendant 1 heure.

Ce chauffage provoque d'une part la fusion de la couche 2 et, d'autre part, la polymérisation complete de la résine époxy sous l'influence du durcisseur qui lui est mélangé.

Cette polymérisation complète provoque la solidification de la resine et donc, à nouveau par suite du passage d'une phase liquide à une phase solide, l'adhésion de la couche 2 à la surface de la deuxième pièce en contact avec elle.

Il faut noter que la totalité de la couche 2 subit la fusion et la solidification mentionnées ci-dessus. Après cette solidification, la couche 2 adhère donc à nouveau à la couche 1.

Cependant, les forces d'adhésion de la couche 2 comprenant la résine époxyde dans son état complètement polymérisé avec les deux pièces qu'elle réunit sont notablement plus élevees que celles qui agissaient entre la couche 1 et la couche 2 du matériau composite decrit ci-dessus.

Si le matériau adhésif formant la couche 2 est une matière plastique thermofusible, l'ensemble formé par les pièces à assembler est également chauffé jusqu'à une température égale ou supérieure à la température de ramollisement de cette matière.

En se refroidissant, cette dernière subit également le passage de l'état liquide, ou pâteux, à l'état solide qui provoque son adhésion à la deuxième pièce.

Si le matériau adhesif est different de ceux qui ont eté mentionnes, l'ensemble formé par les pieces à assembler est soumis au traitement voulu pour assurer, comme ci-dessus, la liaison des deux pièces.

Le matériau selon l'invention peut avoir n'importe quelle forme et n'importe quelles dimensions, en accord avec la forme et les dimensions de la pièce qui doit être fabriquée.

Lorsque plusieurs pièces identiques de dimensions relativement faibles doivent être fabriquées, le materiau selon l'invention peut notamment se présenter, de manière avantageuse, sous la forme d'une bande de largeur et d'épaisseur convenables. Les pièces peuvent alors être fabriquées en utilisant les techniques bien connues d'usinage en bande.

Dans une deuxieme forme d'exécution, représentée à la fig. 2, le matériau composite selon l'invention comporte, en plus de la couche metallique 1 et de la couche d'adhésif structurel 2 qui sont semblables à celles de la fig. 1, une deuxieme couche désigné par la référence 3, composée également d'un matériau adhesif structurel qui.

peut être le même que celui de la couche 2 ou être différent.

Un tel matériau composite peut être utilisé, par exemple, pour réaliser des pièces destinées à être disposées entre deux autres pièces et a être assembles à ces dernières à l'aide de cet adhésif ou de ces adhesifs.

La fabrication et l'utilisation du matériau composite de cette deuxième forme d'exécution ne seront pas décrites en détail car elles se conçoivent facilement à partir des explications données ci-ssus dans le cas de la fig. 1.

Claims (2)

REVENDICATIONS

1. Matériau composite destiné à être usiné pour produire une première pièce destinée à être assemblée par collage a une deuxième pièce, caractérisé par le fait qu'il comporte une première couche (1) formée d'un matériau métallique et une deuxième couche (2) formée d'un matériau adhesif structurel, ladite deuxième couche (2) ayant une première face en contact avec la couche métallique (1) et une deuxieme face, le materiau adhésif étant dans un premier état tel que la deuxieme couche (?) adhère à la première couche (1) et que la deuxieme face n'a pas de propriétés adhésives, et ledit premier état étant en outre tel que le matériau adhésif est susceptible de prendre un deuxième état dans lequel la deuxième face a des propriétÉs adhésives.

2. Matériau selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'il comporte en outre une troisième couche (3) formée d'un maté- riau adhésif structurel ayant une première face en contact avec la couche métallique (1) et une deuxième face, le materiau adhésif de la troisième couche etant dans le même premier état que le matériau adhésif de la deuxième couche (2).