FR2712839A1 - Procédé et dispositif de fabrication en continu de tôles métalliques dites "tôles sandwich", et tôles ainsi obtenues. - Google Patents

Procédé et dispositif de fabrication en continu de tôles métalliques dites "tôles sandwich", et tôles ainsi obtenues. Download PDF

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Abstract

L'invention a pour objet un procédé de fabrication en continu de tôles métalliques (1) dites "tôles sandwich", constituées par un assemblage de deux tôles unitaires (2, 3) en un matériau métallique tel que l'acier, enserrant une couche (11) d'un matériau polymérique définissant des alvéoles, caractérisé en ce qu'on insère directement ladite couche entre lesdites tôles unitaires en défilement, et en ce qu'on applique une pression sur lesdites tôles unitaires en les chauffant, de manière à réaliser une compression et une fusion partielle de ladite couche assurant son adhérence auxdites tôles unitaires. L'invention a également pour objets des dispositifs pour mettre en œuvre ce procédé, et des tôles sandwich ainsi obtenues.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE FABRICATION EN CONTINU DE TOLES
NETALLIQUES DITES "TOLES SANDWICH", ET TOLES AINSI OBTENUES
L'invention concerne le domaine des tôles dites "tôles sandwich", dans lesquelles au moins une couche de polymère est enserrée par deux tôles unitaires d'un matériau métallique, tel que l'acier. Par rapport à une tôle purement métallique, les tôles sandwich présentent des propriétés d'amortissement des vibrations très nettement supérieures.
Elles peuvent donc être employées comme éléments de structures soumises à des sollicitations acoustiques, telles que des carrosseries d'automobiles ou des panneaux d'habillage d'appareils électroménagers, ou à d'autres types de vibrations.
Différents types de tôles sandwich existent. Certaines comportent un film de polymère continu et homogène, dont l'épaisseur peut aller de 40 Zm à 0,5 mm par exemple. Pour d'autres types, la couche de polymère est formée par une structure en nid d'abeilles dont l'épaisseur varie de quelques mm à quelques dizaines de mm. L'avantage d'une structure en nid d'abeilles par rapport à un film plein est qu'elle procure des propriétés isolantes supérieures, notamment du point de vue thermique, du fait de l'important volume d'air emprisonné à l'intérieur du matériau. Selon le document FR 2 619 751 la nappe en nid d'abeilles peut être fixée aux tôles métalliques unitaires par collage, ou surtout, lors d'une étape de compression de l'ensemble du matériau, par la fusion de films intermédiaires en polymère à bas point de fusion, qui sont interposés entre les tôles préalablement chauffées et le nid d'abeilles. Cette manière de procéder est complexe, surtout lorsque les tôles doivent être assemblées en continu. Mais elle est rendue nécessaire par les difficultés que l'on rencontre à assurer une bonne adhérence sur le métal des polymères thermoplastiques habituels constituant le nid d'abeilles. Cela implique une grande consommation de matériaux polymériques pour la fabrication de telles tôles sandwich. D'autre part, une telle fabrication n'est envisageable que pour l'obtention de matériaux relativement épais, du fait de la multiplicité des couches de polymère mises en jeu. Cette forte épaisseur limite les possibilités d'utilisation de telles tôles sandwich, en particulier parce qu'elle rend plus difficile leur soudage.
Le but de l'invention est de proposer un nouveau type de tôles sandwich présentant de bonnes propriétés isolantes, de même qu'une grande facilité de soudage et une faible consommation de polymère dues à sa faible épaisseur. Le but de l'invention est également de proposer un procédé de fabrication de telles tôles sandwich, et un dispositif approprié.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication en continu de tôles métalliques dites "tôles sandwich", constituées par un assemblage de deux tôles unitaires en un matériau métallique tel que l'acier, enserrant une couche d'un matériau polymérique définissant des alvéoles, caractérisé en ce qu'on insère directement ladite couche entre lesdites tôles unitaires en défilement, et en ce qu'on applique une pression sur lesdites tôles unitaires en les chauffant, de manière à réaliser une compression et une fusion partielle de ladite couche assurant son adhérence auxdites tôles unitaires.
L'invention a également pour objets des dispositifs pour mettre en oeuvre ce procédé, et des tôles sandwich ainsi obtenues.
Comme on l'aura compris, l'invention consiste d'une part à réaliser la couche polymérique alvéolée insérée entre les deux tôles unitaires en un matériau ne nécessitant pas, pour sa bonne adhésion, l'application préalable d'une couche intermédiaire de colle ou de polymère à bas point de fusion sur les faces internes de tôles unitaires. Elle consiste d'autre part à assurer la fabrication de la tôle sandwich en chauffant et pressant l'une contre l'autre les deux tôles unitaires pendant ou après l'insertion de la couche polymérique, de manière à réaliser la fusion partielle du polymère et son adhésion simultanée aux deux tôles unitaires.
Si on conforme la couche de polymère de manière adéquate, on peut ainsi obtenir une tôle sandwich alvéolée de faible épaisseur, donc assez facilement soudable.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la
Description qui suit, faisant référence aux figures annexées suivantes
- la figure 1 qui schématise une installation d'assemblage de tôles sandwich selon l'invention, dans lesquelles la couche polymérique alvéolée est formée par une nappe perforée ou une trame préextrudée
- la figure 2 qui schématise une installation similaire, où la couche polymérique est formée par dépôt de filaments extrudés entrecroisés sur la face interne de l'une des deux tôles unitaires destinées à former la tôle sandwich.
Sur l'installation de la figure 1, la tôle sandwich 1 est assemblée en continu de la manière suivante, à partir de deux tôles unitaires 2 et 3 en défilement, mises en mouvement par des moyens classiques non représentés. Ces deux tôles unitaires 2, 3 sont plaquées l'une contre l'autre par des cylindres 4, 5 en rotation libre ou assistée, sur l'axe de chacun desquels est exercée une force F tendant à presser les tôles unitaires 2, 3 l'une contre l'autre. Ces cylindres 4, 5 sont également munis de moyens de chauffage des tôles unitaires 2, 3 non représentés, tels que des bobines d'induction. Au niveau de l'entrefer 6 séparant les cylindres 4, 5 est insérée entre lesdites tôles unitaires 2, 3 une nappe de polymère 7, qui se déroule progressivement à partir d'une bobine 8 enroulée sur un mandrin 9 tournant autour de son axe 10. Cette nappe de polymère 7 est destinée à former une structure alvéolée 11 à l'intérieur de la tôle sandwich 1 résultant de l'assemblage des tôles unitaires 2, 3. A cet effet, la nappe 7 comporte des perforations qui ont été ménagées sur elle, par exemple par poinçonnement, alors qu'elle se présentait sous forme d'une bande homogène. La forme et la surface de ces perforations peuvent être variées, selon la forme et les dimensions que l'on désire donner aux alvéoles de la structure interne de la tôle sandwich, et la quantité d'air que l'on désire emprisonner dans ces alvéoles.
Plus ceux-ci seront volumineux, meilleures seront les propriétés isolantes de la tôle sandwich 1, mais cela peut être au détriment de la rigidité et de la cohésion de la tôle sandwich 1 si la surface de polymère adhérant aux tôles unitaires 2, 3 est insuffisante. Un compromis est donc à trouver entre ces impératifs, en fonction des utilisations futures de la tôle sandwich 1. La nappe polymérique 7 peut également se présenter sous forme d'une trame réalisée par extrusion.
La nappe polymérique 7 est réalisée en un polymère qui présente à la fois un bas point de fusion et de bonnes propriétés d'adhérence sur le métal des tôles unitaires 2, 3.
L'éthylène-vinyl-acétate est un exemple de matériau dont les propriétés sont, à cet égard, satisfaisantes. Son épaisseur initiale peut varier de 0,1 à 2 mm (préciser). Au moment du passage des tôles unitaires 2, 3 et de la nappe 7 entre les cylindres 4, 5, la nappe 7 subit une compression, en même temps que les tôles unitaires 2, 3 sont chauffées à une température de 150 à 3000C environ. La pression exercée par les cylindres 4, 5 doit être suffisante pour, conjuguée au chauffage des tôles 2, 3 et de la nappe 7, provoquer une diminution de l'épaisseur de la nappe 7, de 25 à 30 % environ, jusqu'à une valeur de 0,06 à 2 mm. Cette compression de la nappe 7 doit être suffisamment peu marquée pour conserver leur forme générale et un volume significatif aux alvéoles. Cela sous-entend que l'effort de pression exercé par les cylindres 4, 5 n'est pas suffisant pour provoquer un laminage des tôles unitaires 2, 3, qui conservent donc leurs épaisseurs initiales (qui peuvent être différentes si, par exemple, on désire favoriser une possibilité de pliage de la tôle sandwich 1).
Optionnellement, on peut réaliser un préchauffage des tôles unitaires 2, 3, avant les cylindres 4, 5, en les faisant défiler devant des moyens de chauffage (bobines d'induction, résistances électriques,...), ou en les faisant parcourir par un courant électrique qui les chauffe par effet
Joule. Sur la figure 1, on a ainsi représenté la tôle 2 défilant à travers un four 12, qui aurait son symétrique (non représenté) sur le parcours de la tôle 3.
Postérieurement à l'assemblage de la tôle sandwich 1 entre les cylindres 4, 5, celle-ci passe de préférence entre au moins une autre paire de cylindres 13, 14 qui contribuent à calibrer son épaisseur en compensant ou prévenant les relaxations de la couche de polymère alvéolé 11. Enfin, après cette étape de calibrage, la tôle sandwich 1 est refroidie, par exemple grâce à des rampes d'arrosage 15, 16 qui l'aspergent d'eau ou éventuellement d'air.
Dans une autre forme de réalisation de l'invention, représentée sur la figure 2, la couche de polymère alvéolée est formée directement sur la face interne de l'une des tôles unitaires par le dépôt sur cette face de filaments de polymère entrecroisés. On retrouve sur cette installation les tôles unitaires 2, 3, les cylindres chauffants 4, 5 et les organes situés à leur aval, déjà présents dans la configuration représentée sur la figure 1 et désignés par les mêmes références. Selon l'invention, cette installation comporte également une première tête d'extrusion 17 disposée au-dessus de la tôle unitaire 2. Cette tête d'extrusion 17 est alimentée en polymère à l'état pâteux à partir d'un réservoir sous pression 18 par une conduite souple ou articulée 19. Cette première tête d'extrusion 17 est mobile en translation grâce à des moyens non représentés et est guidée dans ce mouvement par des moyens tels qu'une tige rectiligne 20 disposée selon une direction sensiblement perpendiculaire à la direction de déplacement de la tôle unitaire 2. Dans sa partie inférieure, la tête d'extrusion 17 est munie d'orifices (au nombre de trois dans l'exemple représenté) obturables à la commande, par chacun desquels peut s'écouler un filament de polymère qui vient se déposer sur la face interne de la tôle unitaire 2. La section de ces filaments peut être circulaire ou rectangulaire selon la forme des orifices.
La tête d'extrusion 17 est utilisée de la manière suivante. Elle est initialement positionnée de telle manière que, à l'instant ou débute le défilement de la tôle unitaire 2, les orifices surplombent le bord gauche 21 de la tôle unitaire 2. Puis conjointement au défilement de la tôle unitaire 2, la tête d'extrusion 17 se déplace le long du guide 20 avec les orifices ouverts, déposant au passage un ensemble de filaments 22 parallèles sur la tôle unitaire 2.
Ces filaments se retrouvent donc, sous l'effet des mouvements relatifs de la tête 17 et de la tôle unitaire 2, avec une orientation oblique par rapport à la direction de déplacement de la tôle unitaire 2. Lorsque les orifices de la tête d'extrusion parviennent au-dessus du bord droit 23 de la tôle unitaire 2, ils sont obturés par un dispositif adéquat, et la tête d'extrusion 17 est ramenée à grande vitesse au-dessus du bord gauche 21 de la tôle unitaire 2. Elle peut alors commencer, après la réouverture des orifices, à déposer un nouvel ensemble de filaments 22, de telle manière que la distance entre les deux ensembles de filaments soit sensiblement égale à la distance séparant deux filaments d'un même ensemble pour assurer une bonne régularité de la future structure alvéolée de la tête sandwich.
L'installation comporte également une deuxième tête d'extrusion 24 identique à la première, reliée comme elle par une conduite souple 25 au réservoir de polymère 18, et pouvant se déplacer sur une tige rectiligne 26 parallèle à la tige rectiligne 20. Elle suit un mouvement exactement symétrique à celui de la première tête d'extrusion 17 et, de la même façon, dépose sur la tôle unitaire 2 des filaments de polymère 27. Leur orientation est symétrique à celle des filaments 22 produits par la première tête d'extrusion 17 par rapport à la direction de déplacement de la tôle unitaire 2, à condition bien sûr que les vitesses de déplacement des deux têtes 17 et 24 soient identiques. Optimalement, ces vitesses de déplacement sont asservies à la vitesse de défilement de la tôle unitaire 2, de manière à garantir une géométrie constante pour la trame de filaments 22, 27 ainsi fabriquée.
Lors du passage des tôles unitaires 2, 3 entre les cylindres 4, 5, cette trame subit une compression semblable à celle de la nappe 7 de la configuration précédente. La forme définitive des alvéoles de la tôle sandwich 1 résultant de l'application de ce procédé dépend de la forme et des dimensions initiales des filaments 22, 27, ainsi que de l'écrasement de la trame dû à l'effort de compression qui a été appliqué aux tôles unitaires 2, 3 et aux filaments 22, 27 par les cylindres 4, 5. De manière générale, cet effort de compression, pour une épaisseur initiale de filaments donnée, doit être de préférence plutôt supérieur à l'effort exercé sur une nappe polymérique 7 d'épaisseur initiale équivalente, afin de compresser les surépaisseurs qui prennent naissance aux points de croisement de filaments 22, 27. Dans le cas contraire, on risque d'obtenir une tôle sandwich 1 qui présenterait de légers bossages au droit de ces points de croisements. Cela peut être un inconvénient notamment lorsque cette tôle sandwich 1 est appelée à constituer un élément visible de la structure d'une automobile ou d'un appareil ménager.
En variante, on peut déposer des filaments de polymère sur les faces internes des deux tôles unitaires (2, 3).
En utilisant des polymères de propriétés adaptées, tels que l'éthylène-vinyl-acétate, on peut ainsi obtenir dans de bonnes conditions de productivité (puisque le procédé est continu) des tôles sandwich alvéolées de faible épaisseur, donc facilement soudables, à partir de tôles unitaires en acier. Mais bien entendu, d'autres métaux que l'acier peuvent être utilisés.

Claims (13)

REVENDICATIONS
1) Procédé de fabrication en continu de tôles métalliques dites "tôles sandwich", constituées par un assemblage de deux tôles unitaires en un matériau métallique tel que l'acier, enserrant une couche d'un matériau polymérique définissant des alvéoles, caractérisé en ce qu'on insère directement ladite couche entre lesdites tôles unitaires en défilement, et en ce qu'on applique une pression sur lesdites tôles unitaires en les chauffant, de manière à réaliser une compression et une fusion partielle de ladite couche assurant son adhérence auxdites tôles unitaires.
2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau polymérique est de l'éthylène-vinyleacétate.
3) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on chauffe lesdites tôles unitaires préalablement à l'application de ladite pression.
4) Procédé selon la revendication 1 à 3, caractérisé en ce que ladite couche de matériau polymérique définissant des alvéoles est constituée par une nappe perforée.
5) Procédé selon la revendication 1 à 3, caractérisé en ce que ladite couche de matériau polymérique définissant des alvéoles est constituée par une trame préextrudée.
6) Procédé selon la revendication 1 à 3, caractérisé en ce qu'on forme ladite couche de matériau polymérique définissant des alvéoles en déposant sur la face interne d'au moins l'une desdites tôles unitaires des filaments dudit matériau.
7) Dispositif de fabrication en continu de tôles métalliques (1) dites "tôles sandwich", constitué par deux tôles unitaires (2, 3) en un matériau métallique tel que l'acier et enserrant au moins une couche d'un matériau polymérique définissant des alvéoles, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de mise en défilement desdites tôles unitaires (2, 3) des moyens pour insérer ladite couche de matériau polymérique entre lesdites tôles unitaires (2, 3) et des moyens (4, 5) pour chauffer lesdites tôles unitaires (2, 3) et les presser l'une contre l'autre simultanément ou postérieurement à l'insertion de ladite couche de matériau polymérique.
8) Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens supplémentaires de chauffage (12) desdites tôles unitaires (2, 3) situés en amont desdits moyens (4, 5) pour chauffer lesdites tôles unitaires (2, 3) et les presser l'une contre l'autre.
9) Dispositif selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il comprend également des moyens (13, 14) de calibrage de l'épaisseur de la tôle sandwich (1) disposés en aval des moyens (4, 5) pour chauffer et presser l'une contre l'autre lesdites tôles unitaires (2, 3).
10) Dispositif selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que lesdits moyens pour insérer ladite couche de matériau polymérique entre lesdites tôles comprennent des moyens pour déposer des filaments (22, 27) dudit matériau sur la face interne d'une desdites tôles unitaires (2, 3).
11) Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que lesdits moyens pour déposer des filaments dudit matériau comportent au moins deux têtes d'extrusion (17, 24) mobiles selon une direction transversale par rapport à la direction de déplacement de ladite tôle unitaire (2, 3).
12) Tôle sandwich du type constitué par un assemblage de deux tôles unitaires en un matériau métallique tel que l'acier, enserrant une couche d'un matériau polymérique définissant des alvéoles caractérisée en ce qu'elle a été fabriquée par le procédé selon l'une des revendications 1 à 6.
13) Tôle sandwich selon la revendication 12, caractérisée en ce que l'épaisseur de ladite couche de matériau polymérique est comprise entre 0,05 et 2 mm.
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