FR2876623A1 - Procede de fabrication d'un panneau isolant multicouche - Google Patents

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Abstract

Procédé pour la fabrication d'un panneau isolant multicouche comprenant une âme cellulaire en nid d'abeilles à base de matière plastique remplie de mousse et deux couches externes de matière non expansée, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :▪ on solidarise le nid d'abeilles à une des couches externes du panneau ;▪ on l'introduit dans un conformateur où l'on introduit également la seconde couche externe ainsi qu'une composition comprenant un agent moussant que l'on coule;▪ on procède à l'expansion de la composition comprenant l'agent moussant ;▪ on retire le panneau isolant du conformateur.

Description

Procédé pour la fabrication d'un panneau isolant multicouche
L'invention concerne un_procédé de fabrication de panneaux isolants multicouches de structure donnée.
De nombreux secteurs de l'activité économique ont besoin de panneaux isolants produits à faible coût. Par exemple, dans les secteurs du bâtiment et du génie civil, les propriétés d'isolation thermique des panneaux utilisés en toiture ou pour des cloisons diverses sont essentielles. Il en est de même dans les secteurs du transport, de la réfrigération,... Il est connu d'utiliser pour ces applications des panneaux multicouches, dont une couche assure l'isolation thermique. Une ou plusieurs autres couches assurent la résistance mécanique de l'ensemble et permettent éventuellement d'adapter son apparence extérieure.
Dans de nombreuses circonstances (voisinage d'autoroutes, d'aéroports, de machines bruyantes, ...) des propriétés d'isolation sonore en plus des propriétés d'isolation thermiques sont recherchées. A cet effet, des panneaux multicouches ayant une âme de matière expansée (mousse) entre peaux de matière non expansée ont été proposés. Toutefois, dans certains cas, les propriétés mécaniques obtenues ne sont pas suffisantes et en outre, l'adhérence entre la mousse et les peaux externes n'est souvent pas satisfaisante.
Le brevet US 6,673,415 divulgue une structure permettant de résoudre ces problèmes et dans laquelle la mousse remplit en fait les cellules d'une structure en nid d'abeilles solidaire des peaux. Une telle structure possède généralement les propriétés d'isolation et de résistance mécanique désirées. Toutefois, la manière de fabriquer de telles structures, qui consiste à d'abord fabriquer le nid d'abeilles rempli de mousse, puis à le doubler avec les couches externes (peaux), est économiquement non rentable. Par ailleurs, réaliser de tels panneaux doublés en continu et en une seule étape avec des nid d'abeilles en matière plastique est a priori délicat car il est connu que l'expansion d'une composition comprenant un agent moussant est un phénomène exothermique et donc, le nid d'abeilles en question est susceptible de se déformer de matière rédhibitoire.
Or, il est apparu que de manière surprenante, de bons résultats pouvaient être obtenus avec une âme en matière plastique et un procédé en une seule étape, où la matière qui remplit le nid d'abeille est expansée entre les deux peaux. Sans vouloir être liée à une théorie, la demanderesse pense que cela pourrait être dû à la progressive réduction de conductibilité thermique obtenue en cours de moussage de la composition.
La présente invention concerne dès lors un procédé pour la fabrication d'un panneau isolant multicouche comprenant une âme cellulaire en nid d'abeilles à base de matière plastique remplie de mousse et deux couches externes de matière non expansée, ledit procédé comprenant les étapes suivantes: É on solidarise le nid d'abeilles à une des couches externes du panneau; É on l'introduit dans un conformateur où l'on introduit également la seconde couche externe ainsi qu'une composition comprenant un agent moussant que l'on coule; É on procède à l'expansion de la composition comprenant l'agent moussant; É on retire le panneau isolant du confonnateur.
Les panneaux que l'on peut fabriquer par le procédé selon l'invention peuvent être essentiellement plans ou courbes. Le mot essentiellement se réfère notamment au cas où les panneaux présentent un relief de surface.
Les panneaux selon l'invention sont principalement (c'est-à-dire majoritairement en volume) à base de matière(s) isolante(s) telle(s) que bois, matières plastiques... ce qui n'exclut pas qu'une partie de ces panneaux soit à base d'une matière non isôlante tel qu'un métal par exemple. Toutefois, de manière préférée, les panneaux selon l'invention sont principalement à base de matière plastique.
De manière tout particulièrement préférée, les panneaux selon l'invention sont des panneaux multicouches ayant une âme cellulaire en nid d'abeilles à base de matière plastique remplie de mousse en matière plastique également.
Par nid d'abeilles , on entend désigner un objet généralement plan (sous la faune générale d'une plaque) ou légèrement courbe comprenant des alvéoles, c'est-à-dire des cellules ouvertes ou fennées ayant une section quelconque, généralement circulaire ou hexagonale, avec des parois essentiellement parallèles d'une cellule à l'autre et perpendiculaires aux surfaces de la plaque.
Selon l'invention, ce nid d'abeilles est rempli de mousse (de préférence entièrement c'est-à-dire au moins à 90% voire à 100% en volume, et ce afin de promouvoir l'adhérence des différentes parties du panneau) pour former l'âme du panneau. Par mousse , on entend une matière dont la densité a été diminuée par l'ajout d'additifs connus sous le nom d' agents moussants . De tels additifs sont bien connus dans le métier de la plasturgie. Ils peuvent être de divers types regroupés souvent en deux familles: agents moussants chimiques et agents moussants physiques. On peut aussi les mélanger. Des renseignements peuvent être trouvés à ce sujet dans de nombreux ouvrages techniques. Les réductions de densité varient fortement selon l'agent moussant et la quantité utilisée. Généralement, par mousse , on entend désigner une matière dont la densité a été réduite à moins de 20 % de sa valeur initiale (sans agents moussants), voire. moins de 10 % de celle-ci et même, à moins de 5% de celle-ci, pour des conditions de pression et température identiques. De préférence, la matière expansée est une matière plastique.
L'âme du panneau obtenu dans le cadre de l'invention est prise en sandwich entre deux couches de matière non expansée qui peut être une matière plastique, du bois et/ou un métal. De manière préférée, les deux couches externes sont soit toutes deux à base de matière plastique non expansée, soit l'une est à base de matière plastique non expansée et l'autre à base d'un métal tel que l'acier, l'aluminium... Le cas des deux couches externes (peaux) en matière plastique est tout particulièrement préféré.
Dans le procédé selon l'invention, tous les types de matières plastiques peuvent convenir comme matières constitutives. Des matières plastiques convenant bien appartiennent à la catégorie des matières thermoplastiques.
Par matière theunoplastique, on désigne tout polymère thermoplastique, y compris les élastomères thermoplastiques, ainsi que leurs mélanges. On désigne par le terme "polymère" aussi bien les homopolymères que les copolymères (binaires ou ternaires notamment). Des exemples de tels copolymères sont, de manière non limitative: les copolymères à distribution aléatoire, les copolymères séquencés, les copolymères à blocs et les copolymères greffés.
Tout type de polymère ou de copolymère thermoplastique dont la température de fusion est inférieure à la température de décomposition conviennent. Les matières thermoplastiques de synthèse qui présentent une plage de fusion étalée sur au moins 10 degrés Celsius conviennent particulièrement bien. Comme exemple de telles matières, on trouve celles qui présentent une polydispersion de leur masse moléculaire.
En particulier, on peut utiliser des polymères halogénés, des polyoléfines, des polyesters thermoplastiques, des polycétones, des polyamides et leurs copolymères. Un mélange de polymères ou de copolymères peut aussi être utilisé, de même qu'un mélange de matières polymériques avec des charges inorganiques, organiques et/ou naturelles comme, par exemple, mais non limitativement: le carbone, les sels et autres dérivés inorganiques, les fibres naturelles ou polyniériques.
La présente invention donne de bons résultats avec: É les polymères du chlorure de vinyle (PVC) en tant que matériaux constitutifs du nid d'abeilles et de préférence également des couches externes; É les polyuréthanes (PUR) en tant que matériaux constitutifs de la mousse.
Le choix d'un nid d'abeilles en PVC, de couches externes en PVC également et d'une mousse en PUR donne une structure ayant une bonne résistance au feu, et ce particulièrement moyennant un choix adéquat des formulations des résines (compositions). Des formulations PVC et PUR classées indépendamment M1 (selon la norme NFP 92.507) donnent de bons résultats. En effet, les panneaux isolants obtenus par le procédé selon l'invention appliqué à de tels matériaux seront classés M1 également.
Au niveau de la mousse en PUR, les fonnulations exemptes d'eau à base d'un polyisocyanate, d'un polyol, d'une amine (comme catalyseur) et d'un HFC comme agent gonflant donnent de bons résultats. Ceci est en soi surprenant compte tenu du fait que l'eau est notamment utilisée dans de nombreuses compositions pour évacuer les calories de la réaction exothermique d'expansion. En particulier, une formulation exempte d'eau et contenant du MDI (méthane diphényle diisocyanate), un polyol halogéné de type IXOL et du HFC-365mfc (1,1,1,3,3-pentafluorobutane) comme agent gonflant donne de bons résultats.
En ce qui concerne les plaques en PVC, celles-ci peuvent être en PVC souple, semi rigide ou rigide, de préférence de grade M1. De manière préférée, elles sont à base de PVC rigide.
Selon une variante préférée de l'invention, au moins une des couches externes (et de préférence, les 2) est une plaque biorientée selon les techniques connues d'orientation moléculaire. Pour les polymères amorphes et le PVC en particulier, cette biorientation se fait généralement par un étirage biaxial à une température comprise entre la température de transition vitreuse (Tg) du PVC et Tg + 30 C, suivi d'un refroidissement.
Selon l'invention, on solidarise d'abord le nid d'abeille en matière plastique d'une des couches externes (feuille/plaque). Ceci peut se faire par tout moyen approprié selon la nature des matériaux. Selon les cas, un adhésif pourra être utilisé. Alternativement, lorsque le nid d'abeilles et la feuille/ plaque sont à base du même matériau (PVC par exemple) ou de matériaux compatibles, on peut les solidariser par soudure. Une technique qui convient bien à cet effet est la technique de soudure par laser tel que décrite dans la demande FR 03.08843 au nom de la demanderesse. Cette technique est particulièrement avantageuse avec un nid d'abeilles et une plaque en matières plastiques toutes deux et en particulier, en PVC.
Une fois la plaque et le nid d'abeilles solidarisés, on les introduits dans un conformateur. Par conformateur , on entend une presse destinée à maintenir les différents éléments non expansés du panneau ensemble durant sa fabrication et à permettre l'expansion de la mousse en leur sein. Généralement, cette presse comporte deux parties distinctes (une inférieure et une supérieure) qui peuvent soient être fixes (on dit alors que l'on a affaire à un conformateur fixe), soient mobiles (dans le cas d'un conformateur mobile). -- Généralement, les conformateurs fixes sont utilisés pour des procédés discontinus, produisant une longueur de panneau donnée à la fois (substantiellement égale à la longueur du conformateur). Dans ce type de procédé, on coule généralement la composition à mousser sur la couche externe vierge (non pourvue de nid d'abeilles) que l'on a déposée au préalable sur la partie inférieure du conformateur. On referme ensuite la partie supérieure du conformateur, au préalable munie de la plaque portant le nid d'abeilles, et on procède alors à l'expansion de la composition dans les cellules du nid d'abeilles.
Avantageusement, dans un tel procédé, préalablement à la fermeture du conformateur, on a introduit des cales entre les deux parties afin de garantir l'épaisseur choisie pour le panneau à fabriquer. Au cas où des cales sont introduites non seulement sur les bords, mais également au c ur de la presse, celles-ci sont avantageusement en mousse également et de manière tout particulièrement préférée, en mousse de la même nature que celle qui sera présente dans le nid d'abeilles. A noter que ce type de conformateur peut comprendre des parois non planes de façon à pouvoir fabriquer des structures finales courbées ou cintrées. Dans ce cas, les plaques supérieure et inférieure doivent être collées respectivement aux parois supérieure et inférieure du conformateur.
Quant aux confoiivateurs à parois mobiles, ceux-ci conviennent bien pour des procédés continus. En effet, par mobiles , on entend en fait ayant la forme de bandes sans fin enroulées autour de cylindres tournant à des vitesses identiques. Dans ce type de procédé, généralement, on vient d'abord couler la composition à expanser dans les cellules du nid d'abeilles solidaire d'une des couches externes et puis, on vient déposer le tout sur la partie inférieure (en mouvement) du conformateur. Simultanément, on rend l'autre couche externe solidaire de l'autre partie (supérieure) du confonnateur, en mouvement également à la même vitesse. La longueur du conformateur et la vitesse de rotation des cylindres conditionnent le temps de séjour de l'ensemble dans le conformateur, qui doit être suffisant pour effecteur l'expansion souhaitée. Dans un tel procédé, l'écartement des cylindres et donc, des bandes sans fin conditionne l'épaisseur des panneaux.
Tant dans ce procédé que dans le procédé discontinu, où ce sont les cales qui délimitent l'épaisseur du panneau, on peut prévoir de ne pas mettre la couche vierge en contact direct avec le nid d'abeilles de l'autre couche et ce pour éventuellement permettre l'expansion de la mousse au- delà (par-dessus) le nid d'abeilles (en une couche de mousse supplémentaire non renforcée de nid d'abeilles).
Quel que soit le procédé envisagé, de préférence, la composition à expanser est obtenue par pré-mélange de ses ingrédients. Dans le cas d'une mousse de PUR en particulier, on mélange de préférence d'abord le polyisocyanate et éventuellement un peu d'agent moussant d'une part, et le polyol, l'amine et le reste de l'agent moussant d'autre part. On verse ensuite ces deux fractions dans un mélangeur destiné à alimenter le conformateur. La quantité de mélange utilisée est telle qu'après moussage, la densité visée pour la mousse soit atteinte et ce en tenant compte de l'épaisseur finale du panneau et donc, du volume à remplir.
De manière avantageuse, l'ensemble des éléments du panneau est maintenu sous pression pendant l'expansion (moussage) et ce afin notamment d'assurer une bonne adhérence entre les différents éléments de la structure et de stabiliser ses dimensions.
A noter que les deux couches externes peuvent être solidaires d'un nid d'abeille et que les deux nids d'abeilles seront alors avantageusement remplis de mousse, par expansion de la composition en leur sein. Toutefois, la variante selon laquelle une seule des couches externes porte un nid d'abeilles est préférée.
Quoi qu'il en soit, les couches extérieures (feuilles/plaques en tant que telles) sont de préférence identiques en épaisseur et en composition. Si cela n'était pas le cas, leurs épaisseurs sont de préférence choisies de telle sorte qu'elles aient la même rigidité en flexion et en traction et des coefficients de dilatations linéaires voisins dans les 2 directions de leur plan (parallèles à leurs côtés).
A noter enfin que les bords latéraux des panneaux peuvent être munis d'un dispositif d'assemblage (par exemple constitué de profilés en PVC ou en bois ou tout autre matériau) de manière à pourvoir être assemblé avec un panneau complémentaire. De tels panneaux sont décrits dans les demandes WO02/20915, FR 03.07149 et FR 03.11592 également au nom de la demanderesse.
Le dispositif d'assemblage selon cette variante de l'invention est généralement constitué de deux profilés complémentaires qui sont soit un profilé de type mâle et un profilé de type femelle , soit deux profilés identiques mais de forme telle que-ces profilés s'emboîtent entre eux: Cefdernière vâriante est préférée car elle permet notamment de réduire les coûts de fabrication des panneaux. Des profilés de foi me générale en S conviennent bien. En effet, ce type de profilé, en particulier associé à un panneau avec âme expansée, confère une certaines souplesse à l'assemblage (torsion possible entre profilés lors de l'assemblage des panneaux).
Le nid d'abeilles utilisé dans le procédé selon l'invention peut avoir été obtenu par toute méthode appropriée. De préférence, il a été obtenu par une extrusion continue comme proposé dans la demande FR 2760999. Dans ce cas, avantageusement, le procédé selon l'invention est également un procédé continu, utilisant un conformateur mobile comme expliqué cidessus et dans lequel le nid d'abeilles qui sort de l'extrudeuse est solidarisé en continu avec une des couches extérieures du panneau, de préférence par soudure laser, puis rempli de la composition à expanser et finalement, alimenté au conformateur simultanément à l'autre couche externe du panneau.
Quant aux feuilles/plaques utilisées dans le procédé l'invention, cellesci sont généralement obtenues par extrusion dans le cas de feuilles en matière plastique. Cette extrusion peut également être réalisée en continu et être intégrée dans le procédé continu décrit ci-dessus.
La présente invention concerne également des panneaux susceptibles d'être obtenus par le procédé selon l'invention et qui comprennent une âme cellulaire en nid d'abeilles à base de PVC remplie de mousse de PUR et deux couches externes de PVC. De préférence, chacun des éléments constitutifs de ces panneaux sont à base de matériaux Ml. De manière tout particulièrement préférée, les couches externes sont à base de PVC rigide biorienté.
Enfin, l'invention concerne également l'utilisation d'un panneau (obtenu par le procédé) conforme à l'invention telle que définie plus haut, notamment en tant que revêtement isolant ou paroi de structure autoportante isolante pour le stockage de produits agro-alimentaires ou la fabrication d'abris. Il peut aussi servir comme revêtement de sol, toiture... ; comme panneau d'ameublement etc...
Ainsi par exemple, ces panneaux peuvent être utilisés pour des applications extrêmement variées, telles que la réalisation d'entrepôts réfrigérés, de chambres froides et/ou de stockage de produits agroalimentaires; la construction de blocs opératoires pour hôpitaux; la réalisation de caisses de véhicules pour le transport; l'isolation de piscines; la construction d'habitations légères et peu coûteuses, d'abris divers....
D'autre part, les panneaux selon l'invention sont également avantageusement utilisés pour le stockage de produits agro-alimentaires, pour la fabrication d'étables etc... et ce en particulier dans le cas où il s'agit de panneaux multicouches isolants (selon une variante avantageuse détaillée ci avant), de préférence à base de matière plastique et de manière tout particulièrement préférée, à base du complexe PVC rigide/nid d'abeille PVC rempli de mousse de PUR /PVC rigide. Les excellentes propriétés d'isolation tant thermique que sonore, l'étanchéité, la résistance à la corrosion, la facilité de montage (et de démontage) et enfin le caractère économique des panneaux selon cette variante de l'invention peimettent une utilisation particulièrement compétitive dans ces applications.
Un autre domaine d'application avantageux des panneaux selon l'invention consiste en la fabrication d'abris temporaires, infirmeries... dans les camps de réfugiées par exemple. En particulier, ces panneaux peuvent constituer les parois d'un abri d'urgence fourni en colis tel que décrit dans la demande WO 02/061216. Lesdites parois sont dans ce cas agencées sur une palette de transport qui servira de plancher dans l'abri. Dans ce cas également, la variante qui consiste en des panneaux multicouches à base de matière plastique (et de manière tout particulièrement préférée, à base du complexe PVC rigide/nid d'abeille PVC rempli de mousse de PUR /PVC rigide) est particulièrement avantageuse.
La présente invention est illustrée de manière non limitative par la figure 1, qui représente une variante avantageuse de panneau susceptible d'être obtenu par le procédé selon l'invention.
Ce panneau comprend une âme cellulaire en nid d'abeilles à base de PVC et remplie de mousse PUR (1), ladite mousse ayant débordé du nid d'abeille en une couche de mousse vierge (2). Cette âme est comprise entre deux feuilles de PVC rigide (3)(3').
Ce panneau a été fabriqué comme suit: É on a soudé par laser le nid d'abeilles à la feuille (3); É on a injecte la composition servant à produire la mousse de PUR dans les cellules du nid d'abeilles, et ce en une quantité suffisante que pour obtenir un débordement de mousse en dehors du nid d'abeilles; É on a dépose la feuille (3') par-dessus l'ensemble et on introduit le tout dans un conformateur ayant sa paroi en contact avec la feuille (3') susceptible de se mouvoir en cours d'expansion; on a procède à l'expansion de la composition en permettant à la mousse de déborder du nid d'abeilles (par mouvement de la paroi du conformateur précitée); on a retiré le panneau isolant multicouche ainsi obtenu du conformateur.

Claims (8)

REVENDICATIONS
1 - Procédé pour la fabrication d'un panneau isolant multicouche comprenant une âme cellulaire en nid d'abeilles à base de matière plastique remplie de mousse et deux couches externes de matière non expansée, ledit procédé comprenant les étapes suivantes: É on solidarise le nid d'abeilles à une des couches externes du panneau; É on l'introduit dans un conformateur où l'on introduit également la seconde couche externe ainsi qu'une composition comprenant un agent moussant que l'on coule; É on procède à l'expansion de la composition comprenant l'agent moussant; É on retire le panneau isolant du conformateur.
2 - Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la mousse remplit entièrement les cellules du nid d'abeilles.
3 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le panneau isolant est principalement à base de matière plastique.
4 - Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le nid d'abeilles et les couches externes sont à base de PVC (résine du chlorure de vinyle) et la mousse, en PUR (polyuréthane).
- Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la mousse en PUR est obtenue à partir d'une composition exempte d'eau.
6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une des couches externes a été bioriéntée.
7 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le nid d'abeilles et la couche inférieure sont à base du même matériau ou de matériaux compatibles, et qu'on les solidarise par soudure laser.
8 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est un procédé continu intégrant la fabrication en continu du nid d'abeilles par une extrusion, dans lequel le nid d'abeilles issu de l'extrusion est solidarisé en continu avec une des couches extérieures du panneau, puis rempli avec la composition à expanser et finalement, introduit dans le conformateur simultanément à l'autre couche externe du panneau, ledit conformateur étant un conformateur mobile dont les parois inférieure et supérieure sont des bandes sans fin entraînées par des cylindres rotatifs.
9 - Panneau isolant multicouche susceptible d'être obtenu par un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une âme cellulaire en nid d'abeilles à base de PVC remplie de mousse de PUR et deux couches externes de PVC.
- Utilisation de panneaux isolants selon la revendication précédente ou obtenus par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, en tant que revêtement isolant, en particulier de sol ou de toiture, ou paroi de structure autoportante isolante pour le stockage de produits agro-alimentaires ou la fabrication d'abris.
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