FR2887174A1 - Piece composite telle qu'un panneau, comportant une structure alveolaire a nids d'abeille - Google Patents

Abstract

Une pièce composite comportant au moins une structure alvéolaire (20) en nid d'abeille, un matériau en mousse (21) synthétique remplissant au moins partiellement les alvéoles. La structure alvéolaire (20) est en matière synthétique dont la tension superficielle est inférieure à 38 mN/m, et au moins une partie de la surface interne des alvéoles est traitée pour que la mousse y adhère.Procédé de fabrication d'une telle pièce.

Description

Pièce composite telle qu'un panneau, comportant une

structure alvéolaire à nids d'abeille.

L'invention concerne un panneau ou une pièce composite comportant une structure alvéolaire à nids d'abeille.

Dans la construction de bâtiments, de véhicules terrestres, aériens ou de bateaux, on utilise fréquemment des panneaux pour lesquels on souhaite de bonnes qualités de résistance mécanique, de légèreté, d'isolation phonique et thermique. On utilise par exemple des panneaux d'isolant en polystyrène expansé ou extrudé.

Cependant, ces panneaux ont de faibles propriétés mécaniques. Par exemple, si on souhaite réaliser un plancher isolé, on peut utiliser de telles plaques réparties au sol et sur lesquelles on réalise une chape. La charge admissible par une telle réalisation est limitée à cause de la compressibilité des panneaux.

On connaît des panneaux dits "sandwich" qui comportent des parements extérieurs, parallèles entre eux, reliés par une âme en matière synthétique expansée, telle que du polystyrène ou du polyuréthane. Les parements sont par exemple en plâtre, en tôle métallique, en bois ou en matériau synthétique composite. De tels panneaux permettent de réaliser des cloisons, des parois ou des toitures. Ces panneaux ont également une résistance mécanique limitée.

Dans le document EP 8 960, il est proposé un panneau comportant deux parements reliés par une âme ayant une structure alvéolaire en nids d'abeille et des alvéoles remplies de mousse synthétique. Un tel panneau combine les propriétés mécaniques d'un panneau à structure en nids d'abeille avec les propriétés d'isolation thermique de la mousse. Cependant, pour maintenir l'assemblage entre les parements, la mousse est renforcée de fibres provenant d'une couche recouvrant la face intérieure du parement. L'utilisation de fibres est onéreuse et diminue les facilités de recyclage des matériaux en fin de vie du panneau ou du produit.

L'invention vise à fournir une pièce composite telle qu'un panneau ayant de bonnes propriétés de résistance mécanique et d'isolation thermique et phonique. C'est aussi un objectif de l'invention de fournir une pièce composite facile à recycler en fin de vie.

Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet une pièce composite telle qu'un panneau composite comportant au moins une structure alvéolaire en nids d'abeille, un matériau en mousse synthétique remplissant au moins partiellement les alvéoles. La structure alvéolaire est en matière synthétique dont la tension superficielle avant traitement est inférieure à 38 mN/m, au moins une partie de la surface interne des alvéoles étant traitée pour que la mousse y adhère.

Certaines matières synthétiques présentent normalement une surface sur laquelle il est difficile, voire impossible, de faire adhérer de la mousse ou de la colle. Cependant, par un traitement de surface adapté, on modifie la surface de la structure en nids d'abeille pour que la mousse y adhère. Ainsi, après durcissement de la mousse, la structure et la mousse forment un complexe alliant les propriétés mécaniques et d'isolation. La mousse est par exemple de la mousse de polyuréthane. Après le traitement de surface, la valeur de la tension superficielle de la structure alvéolaire augmente, pour atteindre par exemple une valeur supérieure à 38 mN/m (milli-Newton par mètre, ou dynes par centimètre carré).

Parmi les matières utilisables pour réaliser la structure alvéolaire, on peut citer à titre d'exemple le polyéthylène, le polypropylène, le polyester ou le polyamide. On peut choisir la matière pour ses facilités de recyclage.

Dans un mode de réalisation particulier, la mousse emplit entièrement les alvéoles. Dans ce cas, la surface interne de la structure alvéolaire est traitée de préférence en totalité, pour que la mousse adhère sur la plus grande surface possible. La rigidité d'une telle pièce est plus importante que celle d'une structure à nids d'abeille seule, due au remplissage des alvéoles par la mousse et à l'accrochage de ladite mousse à la surface intérieure des alvéoles.

Un tel panneau peut être utilisé comme élément de base pour construire d'autres produits. On réalise par exemple une porte en plaçant le panneau dans un caisson ou entre deux parements rapportés par collage. On l'utilise aussi pour réaliser un plancher en l'intercalant entre un sol et une chape. Par rapport à un panneau de mousse selon l'art antérieur, la résistance mécanique à la compression est fortement augmentée par la présence de la structure alvéolaire, tout en conservant de bonnes propriétés d'isolation phonique et thermique.

On constate que, même en l'absence de parement, ce panneau ne se disperse pas, car la mousse présente dans les alvéoles est retenue par l'adhérence aux parois des alvéoles. De plus, lorsque le panneau est par exemple découpé, la mousse reste dans les alvéoles, même si celles-ci sont ouvertes. Le chant présente alors une surface continue sur laquelle on peut coller un parement de chant ou par laquelle on peut assembler les panneaux entre eux.

Selon un deuxième mode de réalisation, le panneau, ou la pièce comporte au moins un parement s'étendant le long de la structure alvéolaire de manière à obturer les alvéoles et adhérant à la mousse. Le parement est fixé à la structure alvéolaire par l'intermédiaire de la mousse qui adhère aux parois de la structure alvéolaire et sur la surface intérieure du parement. En fonction de la destination du panneau ou de la pièce, le parement peut être en matériau utilisé classiquement, comme du bois, du plâtre, des feuilles de matière composite synthétique ou des tôles métalliques. Si le parement comporte une face intérieure ne permettant pas une adhérence suffisante de la mousse, la face intérieure peut être également traitée préalablement.

La pièce peut comporter un seul parement ou un parement sur chaque face. Les deux parements ne sont pas nécessairement de même nature. L'un des parements peut être une feuille comportant une face extérieure adhésive recouverte par un papier siliconé. Ainsi, on peut fixer le panneau sur une surface de support après avoir retiré le film siliconé et appliqué la face adhésive sur la surface de support. On renforce ainsi le support et on améliore les qualités d'isolation.

On peut utiliser ce panneau directement comme cloison, paroi ou élément de plancher, de toiture, dans un bâtiment ou un véhicule aérien, terrestre ou marin. On peut aussi réaliser un ponton ou une bouée, du fait de son insubmersibilité. On peut également lui donner une forme comme l'intérieur d'un pare-chocs de voiture. Par rapport à un panneau sans mousse, les propriétés d'amortissement à la compression sont améliorées par le fait que l'air est mieux emprisonné dans les bulles de la mousse qui adhère aux alvéoles du nids d'abeille.

De manière particulière, le panneau ou la pièce composite comporte deux parements parallèles entre eux, s'étendant le long de la structure alvéolaire de manière à obturer les alvéoles, la mousse étant répartie en deux couches adhérant respectivement aux parements. Ainsi, il subsiste un espace vide entre les deux couches de mousse. On obtient un panneau léger, et qui a des propriétés mécaniques d'amortissement d'un choc perpendiculaire au panneau, c'est à dire dans l'axe des alvéoles. En effet, le panneau ou la pièce peut s'écraser lors d'un choc localisé par le rapprochement des couches de mousse entre elles et l'écrasement de la partie médiane de la structure alvéolaire.

Selon un troisième mode de réalisation, la pièce comporte deux structures alvéolaires séparées par une tôle et enserrées par deux parements parallèles à la tôle de manière à obturer les alvéoles, la tôle et les parements adhérant à la mousse. La tôle peut servir de blindage en métal, tel que de l'acier ou de l'aluminium et on obtient ainsi un panneau particulièrement résistant. Un tel panneau peut être utilisé comme élément séparatif anti-incendie.

Selon une disposition particulière, la structure alvéolaire est formée par des éléments tubulaires juxtaposés et liés entre eux par la mousse. On reconstitue ainsi une structure en nids d'abeille avec les éléments tubulaires, et en réalisant l'assemblage de ceux-ci par la mousse qui fait office de colle entre eux.

Selon une autre disposition particulière, la pièce comporte un élément de fixation inséré dans au moins une alvéole et maintenu par la mousse. L'insert peut être un écrou ou une vis et est ancré à la structure alvéolaire par l'intermédiaire de la mousse qui fait office de colle.

L'invention a aussi pour objet un procédé de fabrication d'une pièce telle que décrite précédemment, procédé selon lequel on dépose de la matière synthétique en expansion dans les alvéoles de la structure alvéolaire. On traite au préalable au moins une partie de la surface interne des alvéoles pour augmenter la tension superficielle de la surface et ainsi l'adhérence de la mousse.

Le traitement de la structure alvéolaire est réalisé par l'un des procédés parmi un traitement par effet de couronne, un traitement au plasma ou un traitement par voie chimique.

Le traitement par effet de couronne est appelé aussi effet corona et il consiste à soumettre le matériau synthétique à un champ électrique pour ioniser l'atmosphère à la surface du matériau. La structure chimique à la surface est modifiée, d'une manière connue en soi, en particulier par la création de fonctions peroxydes (O0H), de telle sorte que la tension superficielle de la surface est augmentée.

Un effet similaire peut être obtenu en créant un plasma à proximité de la surface du matériau. La modification chimique de la surface peut aussi être obtenue par un bain dans une solution de chromites.

Pour fabriquer un panneau aux deux parements et deux couches de mousse, on peut par exemple utiliser un procédé selon lequel on dépose sur un premier des parements une première couche de matière synthétique en expansion, on dépose sur le premier parement la structure alvéolaire à travers la première couche, pour former un premier ensemble, on dépose sur le deuxième parement une deuxième couche de matière synthétique en expansion, et on dépose le premier ensemble sur le deuxième parement, la structure alvéolaire passant à travers la deuxième couche.

De préférence, pour fabriquer une pièce composite avec les éléments tubulaires, on traite toute la surface interne et externe des éléments tubulaires.

L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe d'un panneau selon un premier mode de réalisation de l'invention; - la figure 2 est une vue similaire à la figure 1 d'un panneau selon un deuxième mode de réalisation de l'invention; - la figure 3 est une vue en coupe pendant une phase de fabrication d'un panneau selon un troisième mode de réalisation la figure 4 est une vue similaire à la figure 1 du panneau selon le troisième mode de réalisation de l'invention - la figure 5 est une vue similaire à la figure 1 d'un panneau selon un quatrième mode de réalisation de l'invention la figure 6 est une vue en perspective d'un élément tubulaire pour la réalisation d'un panneau selon un cinquième mode de réalisation de l'invention; la figure 7 est une vue en coupe parallèle aux parements d'un panneau selon le cinquième mode de réalisation de l'invention.

Des panneaux ou pièces techniques composites selon l'invention sont réalisés avec une structure alvéolaire à nids d'abeille et de la mousse synthétique.

La structure alvéolaire peut être réalisée de manière classique, par exemple par extrusion de matière thermoplastique, ou par assemblage de bandes continues jointes en alternance avec l'une ou l'autre de deux bandes adjacentes, tel que décrit dans le document WO 98/41388. La structure peut aussi être réalisée par l'assemblage par collage ou soudure d'éléments tubulaires de section hexagonale ou circulaire. La matière est par exemple du polypropylène.

La surface interne de la structure alvéolaire est traitée par effet de couronne, par exemple en faisant passer l'extrémité des alvéoles à proximité d'une électrode. Le document FR 2 443 753 décrit un exemple de machine et de procédé aptes à traiter la structure alvéolaire. Pour permettre le traitement des conduits internes du nids d'abeille sur des hauteurs de 50 mm et plus, la tension électrique utilisée peut atteindre 50 kilovolts ou plus et la fréquence peut être inférieure à kilohertz. La mousse est par exemple du polyuréthane, obtenue de manière classique par le moussage d'un mélange d'un polyol et d'un diisocyanate avec un agent gonflant type HFC.

Selon un premier mode de réalisation, montré sur la figure 1, on étend le mélange prêt à mousser sur une première plaque de moulage, non représentée, puis on dépose la structure alvéolaire 10 sur la plaque de moulage, et on enserre la structure alvéolaire avec une deuxième plaque de moulage, non représentée, parallèle à la première plaque. On attend le moussage complet du mélange dans tout le volume des alvéoles et le durcissement de la mousse 11. Puis on écarte les plaques pour extraire le panneau 1 formé par la structure alvéolaire 10 et la mousse 11. Les plaques sont par exemple recouvertes par un revêtement à base de silicone ou de PTFE pour éviter l'adhérence de la mousse sur les plaques. Dans une variante, la structure alvéolaire 10 est déposée sur la première plaque puis le mélange est déposé sur la plaque ou introduit directement dans chaque alvéole.

Selon un deuxième mode de réalisation, montré sur la figure 2, on remplace les plaques de moulage par des parements 22, 23. La mousse 21 adhère alors aux parements 22, 23 ainsi qu'aux parois 25 de la structure alvéolaire, ce qui donne une cohésion au panneau 2. On peut aussi fabriquer un panneau avec un seul parement.

Selon un troisième mode de réalisation, montré sur la figure 2, le mélange est d'abord étalé sur un premier parement 32 puis la structure alvéolaire 30 est disposée sur le premier parement 32. Le mélange se transforme en mousse 31 qui se développe dans la partie inférieure 301 des alvéoles. La mousse adhère aux parois 35 des alvéoles dans ladite partie inférieure 301. Après durcissement de cette première couche 31 de mousse, on prépare le deuxième parement 33 avec une couche de mélange et on applique l'ensemble 36 formé par le premier parement 32 et la structure alvéolaire 30 sur le deuxième parement 33. Une deuxième couche 37 de mousse se forme de manière symétrique à la première couche 31, en laissant subsister un vide 38 entre les deux couches 31, 37 de mousse. Pour limiter l'expansion de la mousse, il est possible de ne traiter que la partie inférieure et la partie symétrique des alvéoles.

Selon un quatrième mode de réalisation, illustré par la figure 5, on obtient un panneau en complétant le panneau 2 selon le deuxième mode de réalisation par une couche de mélange déposée sur l'un des parements 23 qui est une tôle ou autre partie métallique comme l'aluminium, puis une deuxième structure alvéolaire 40 et enfin un autre parement 42. La structure alvéolaire 40 se remplit de mousse 41. On pourrait réaliser un panneau avec uniquement la tôle et les deux structures alvéolaires, sans les parements 22, 42.

Dans un cinquième mode de réalisation, on procède comme dans le deuxième mode de réalisation, mais la structure alvéolaire est constituée par la juxtaposition d'éléments tubulaires 5, non reliés entre eux avant la pose sur le parement, tels que représentés sur la figure 6. La section des éléments tubulaires est sensiblement hexagonale, avec des faces bombées vers l'extérieur Les éléments tubulaires 5 sont en polypropylène ou autre matière synthétique et sont traités sur toute leur surface, tant intérieure 50 qu'extérieure 51. Les éléments tubulaires sont disposés en contact les uns avec les autres par leurs faces bombées de telle sorte qu'il subsiste un espace entre eux, comme montré à la figure 7 Le polyuréthane 52 enveloppe alors les éléments tubulaires 5 et les remplit de manière à ce qu'ils soient finalement collés entre eux et aux parements. On peut aussi utiliser cette structure alvéolaire avec les autres modes de réalisation.

Claims (11)

REVENDICATIONS

1. Pièce composite comportant au moins une structure alvéolaire (10) en nid d'abeille, un matériau en mousse (11) synthétique remplissant au moins partiellement les alvéoles, caractérisée en ce que la structure alvéolaire (10) est en matière synthétique dont la tension superficielle avant traitement est inférieure à 38 mN/m, au moins une partie de la surface interne des alvéoles étant traitée pour que la mousse y adhère.

2. Pièce selon la revendication 1, dans laquelle la mousse (11) emplit entièrement les alvéoles.

3. Pièce selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un parement (22, 23) s'étendant le long de la structure alvéolaire (20) de manière à obturer les alvéoles et adhérant à la mousse (21).

4. Pièce selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'elle comporte deux parements (32, 33) parallèles entre eux, s'étendant le long de la structure alvéolaire (30) de manière à obturer les alvéoles, la mousse étant répartie en deux couches (31, 37) adhérant respectivement aux parements (32, 33).

5. Pièce selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'elle comporte deux structures alvéolaires (20, 40) séparées par une tôle (23) et enserrées par deux parements (22, 42) parallèles à la tôle (23) de manière à obturer les alvéoles, la tôle et les parements adhérant à la mousse.

6. Pièce selon la revendication 1, dans laquelle la structure alvéolaire est formée par des éléments tubulaires (5) juxtaposés et liés entre eux par la mousse (52), la surface externe (50) des éléments tubulaires (5) étant traitée comme la surface interne (51).

7. Pièce selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un élément de fixation inséré dans au moins une alvéole et maintenu par la mousse.

8. Procédé de fabrication d'une pièce selon la revendication 1, dans lequel on dépose de la matière synthétique en expansion dans les alvéoles de la structure alvéolaire (10), caractérisé en ce qu'on traite au préalable au moins une partie de la surface interne des alvéoles pour augmenter la tension superficielle de la surface et ainsi l'adhérence de la matière synthétique (11).

9. Procédé de fabrication selon la revendication 8, dans lequel le traitement de la structure alvéolaire (10) est réalisé par l'un des procédés parmi un traitement par effet de couronne, un traitement au plasma ou un traitement par voie chimique.

10. Procédé de fabrication selon la revendication 8, pour fabriquer une pièce selon la revendication 4, dans lequel: on dépose sur un premier des parements (32) une première couche (31) de matière synthétique en expansion, on dépose sur le premier parement la structure alvéolaire (30) à travers la première couche (31), pour former un premier ensemble (36), on dépose sur le deuxième parement (33) une deuxième couche (37) de matière synthétique en expansion, on dépose le premier ensemble (36) sur le deuxième parement (33), la structure alvéolaire (30) passant à travers la deuxième couche (37).

11. Procédé de fabrication selon la revendication 8, pour fabriquer une pièce selon la revendication 6, dans lequel on traite toute la surface (50, 51) des éléments tubulaires (5).