FR3100156A1 - Matériau multicouche présentant une résilience améliorée - Google Patents

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Abstract

Matériau multicouche présentant un e résilience améliorée L’invention concerne un matériau 1 multicouche comprenant au moins une couche 3,4 renforçante comprenant un tissu ou un film thermoplastique perforé, et une couche 2 polymérique comprenant un matériau composite, chaque couche 3,4 renforçante étant au moins partiellement imprégnée d’une partie dudit matériau composite, un procédé de préparation de ce matériau multicouche, un procédé d’amélioration de la résilience d’un matériau composite, et l’utilisation du matériau 1 multicouche pour la préparation de pièces de véhicules. Figure pour l'abrégé : 2

Description

Matériau multicouche présentant une résilience améliorée
La présente invention concerne un matériau composite renforcé, notamment pour la fabrication de pièces dans le domaine automobile.
Divers matériaux composites utiles pour la préparation de pièces intérieures pour l’automobile sont commercialisés ou décrits dans la littérature. Par exemple, la demande WO 2012/093167 décrit un matériau composite comprenant :
(a) 28 à 95 % en poids d’un copolymère polypropylène-polyéthylène formant une matrice;
(b) 0 à 10 % en poids d’agent de fluidité, notamment une polyoléfine telle que le polyéthylène ou le polypropylène homopolymère ;
(c) 1 à 20 % en poids d’un modifiant choc ;
(d) 1 à 20 % en poids d’un agent compatibilisant ; et
(e) 3 à 70 % en poids de fibres naturelles,
et ses utilisations pour préparer des pièces intérieures de véhicules.
Ces matériaux composites présentent des comportements rigides mais fragiles. Cette fragilité est un frein à leur utilisation pour la fabrication de pièces de véhicules, notamment d’automobiles, car ils sont susceptibles de subir des chocs. En effet, un choc sur ces matériaux peut conduire à la projection de fragments du matériau composite, et ces fragments projetés à grande vitesse peuvent être dangereux pour les personnes présentes dans et autour du véhicule.
Des matériaux composites présentant une ductilité et une résilience améliorée sont donc recherchés.
A cet effet, selon un premier objet, l’invention concerne un matériau multicouche comprenant :
- au moins une couche renforçante comprenant un tissu ou un film thermoplastique perforé, et
- une couche polymérique comprenant un matériau composite comprenant :
(a) de 55 à 90 % en poids d’un polymère présentant un indice de fluidité de 15 à 400 g/ 10 min à 230°C sous une charge de 2,16 kg et choisi parmi les copolymères polypropylène-polyéthylène, les polypropylènes homopolymères ou un mélange de ceux-ci, ledit polymère formant la matrice du matériau composite ;
(b) de 0 à 20% en poids d’un agent de fluidité présentant un indice de fluidité de 500 à 2000 g/ 10 min à 230°C sous une charge de 2,16 kg ;
(c) de 2 à 30 % en poids d’un modifiant choc ;
(d) de 0,5 à 4 % en poids d’un agent compatibilisant ; et
(e) de 4,5 à 40 % en poids de fibres naturelles,
chaque couche renforçante étant au moins partiellement imprégnée d’une partie dudit matériau composite.
On entend par le terme « indice de fluidité » (IF), souvent appelé MFI de l’acronyme du terme analogue anglais « Melt Flow Index » ou MFR de « Melt Flow Rate », la fluidité à chaud d’un polymère telle qu’évaluée par le débit du polymère en fusion d’une température donnée, à travers un capillaire normalisé pendant une période donnée, généralement 10 minutes, sous une charge de 2,16 kg, dans les conditions indiquées dans la norme internationale ISO 1133-1 de 2011.
On entend par le terme « copolymère », par opposition au terme « homopolymère », désigner un polymère issu de la copolymérisation d'au moins deux types de monomères, chimiquement différents, appelés comonomères. Le copolymère est donc formé d'au moins deux motifs de répétition. Suivant la manière dont les motifs de répétition sont répartis dans les chaînes macromoléculaires, on distingue les copolymères à enchaînement aléatoire, alterné et statistique et les copolymères séquencés ou copolymères blocs. Par ailleurs, on connaît des copolymères issus de greffage de groupes pendants.
On désigne par le terme « modifiant choc » les agents ajoutés à un matériau en vue d’améliorer les propriétés au niveau de la résistance aux chocs. Ces modifiants sont des polymères ou des molécules qui forment des systèmes multiphasés avec la matrice ou qui réagissent chimiquement avec la matrice, améliorant ainsi sa résilience.
On désigne par le terme « agent compatibilisant » les composés présentant deux extrémités de structure chimique différente ayant respectivement une affinité particulière pour deux composantes d’un matériau hétérogène permettant de ce fait d’améliorer la compatibilité entre ces deux composantes.
On entend par le terme « fibres naturelles » viser des matériaux fibreux issus de matières d’origine végétale ou animale.
Enfin, on entend par le terme « matrice » désigner dans un matériau composite la phase continue dans laquelle les autres composantes se trouvent dispersées. Généralement, mais pas toujours, la matrice est formée par la composante présente en proportion majoritaire.
La couche polymérique comprend le matériau composite défini ci-dessus, voire est constituée de ce matériau composite. Elle permet avantageusement d’obtenir un matériau multicouche léger, rigide, et présentant une bonne tenue thermique.
Le matériau composite de la couche polymérique comprend de 55 à 90% en poids d’un polymère choisi parmi les copolymères polypropylène-polyéthylène, les polypropylènes homopolymères ou un mélange de ceux-ci. Ce polymère a un indice de fluidité de 15 g/10min à 400 g/10min, notamment entre 15 et 150 g/10min, de préférence entre 15 et 75 g/10min, à 230°C sous une charge de 2,16 kg. Ce polymère forme la matrice du matériau composite de la couche polymérique du matériau multicouche.
Le matériau composite de la couche polymérique comporte par ailleurs de 0 à 20% en poids d’un agent de fluidité. Cet agent de fluidité est de préférence un polymère d‘indice de fluidité (IF) élevé, son indice de fluidité étant compris entre 500 et 2000 g/ 10 min à 230°C sous une charge de 2,16 kg. L’agent de fluidité permet si nécessaire d‘augmenter la fluidité du matériau composite de manière à le rendre injectable. L’agent de fluidité permet généralement de compenser la viscosité induite par les fibres naturelles. Selon le choix opéré, il peut par ailleurs contribuer à améliorer la résistance aux chocs et diminuer les composés volatils dégagés par le matériau composite. On entend par composés volatils, l’ensemble des émissions générées par un matériau susceptibles de produire une odeur ou des composés organiques volatils.
Le matériau composite de la couche polymérique peut être exempt d’agent de fluidité, notamment lorsque la proportion en fibres naturelles est inférieure ou égale à 10% en poids par rapport au poids de matériau composite. Cela étant, même à de tels taux de fibres naturelles, il reste intéressant d’utiliser un agent de fluidité afin de fluidifier le matériau composite. Au-delà de 10% en poids de fibre, la présence de l’agent de fluidité est généralement requis afin d’assurer une fluidité compatible avec l’injectabilité du matériau composite.
Lorsqu’il est présent, l’agent de fluidité est typiquement utilisé à une proportion en poids de 1 à 20%, de préférence de 2 à 10% en poids, par rapport au poids du matériau composite.
Les agents de fluidité peuvent être obtenus notamment par catalyse metallocène ou par catalyse Ziegler Natta. Avantageusement, l’agent de fluidité est une polyoléfine obtenue pas catalyse métallocène. En effet, on constate que la catalyse métallocène conduit à des polyoléfines dont la température de fusion est beaucoup plus basse qu’une polyoléfine obtenue par catalyse Ziegler Natta, conduisant ainsi à une fluidité du matériau composite beaucoup plus importante. De plus, la catalyse par metallocène induit une distribution des masses moléculaires beaucoup plus étroite et donc une teneur en molécules de faibles masses plus faible réduisant ainsi la teneur en composés susceptible d’être rejetés. Il n’est donc pas nécessaire, comme dans le cas de polyoléfines obtenues par catalyse Ziegler-Natta, d’utiliser des moyens chimiques, tels que la rupture de chaines par attaque acide (exemple anhydrides maléiques) pour atteindre des fluidités élevés. Cette technique génère alors beaucoup de composés volatils.
Le choix de tels agents de fluidité contribue dès lors à rendre le matériau composite injectable - du fait de la plus faible longueur de chaîne des composés – et à respecter les exigences de rejet de composés volatils des constructeurs automobiles – du fait d’une faible teneur en composés susceptibles d'être rejetés du matériau.
L’agent de fluidité particulièrement préféré est le polypropylène, de préférence le polypropylène homopolymère, notamment le polypropylène homopolymère obtenu par catalyse métallocène.
Par ailleurs, le polyéthylène, et en particulier le polyéthylène modifié par des alcènes ou tout type de greffon, est un agent de fluidité particulièrement préféré pour certaines applications car il permet d'améliorer les performances en termes de résistance aux chocs, en complément des modifiants chocs, discutés ci-après.
Le matériau composite contient en outre de 2 à 30% en poids, par exemple de 4 à 20% en poids, de modifiant choc. L’addition du modifiant choc permet d’augmenter la résistance aux chocs du matériau composite, et donc de la couche le comprenant, jusqu’à 200%.
Le modifiant choc est de préférence un composé élastomérique, notamment choisi parmi le groupe constitué par le monomère éthylène- propylène-diène (EPDM), le monomère éthylène-propylène (EPM), le caoutchouc éthylène-propylène (EPR), les polyoléfines élastomères (POE), les copolymères et terpolymères à base d’au moins deux monomères choisis parmi l’éthylène, le propylène, le butène et l’octène, le caoutchouc de nitrile - butadiène (NBR), l’isobutylène (IB), le caoutchouc chloré, le poly(styrène-butadiène-styrène (SBS), le copolymère styrène-éthylène-butène-styrène (SEBS), le caoutchouc isobutylène-isoprène (IIR), le copolymère styrène-isoprène-styrène (SIS), le polyéthylène chloré (CM), les polymères d’isoprène, les copolymères d’éthylène et de butylène, leurs mélanges et dérivés, notamment greffés par de l’acide maléique et/ou de l’anhydride d’acide maléique.
Le matériau composite de la couche polymérique comprend par ailleurs de 0,5 à 4% en poids d’un agent compatibilisant. De préférence, dans le matériau composite de la couche polymérique, le ratio massique agent compatibilisant / fibres naturelles est de 1/20 à 1/5, un ratio de 1/10 étant particulièrement préféré. L’agent compatibilisant, en particulier lorsqu’il est utilisé à de tels ratios, assure une bonne affinité entre les fibres et les autres composantes de la couche polymérique comprenant un matériau composite, notamment la matrice polymère, et permet ainsi l’obtention d’un mélange homogène.
A titre d’agent compatibilisant, il peut être envisagé notamment un composé choisi parmi les polyoléfines greffées par des groupes polaires. A titre de polyoléfines, on peut notamment envisager l’utilisation de (co)polymères du polypropylène.
Particulièrement préférés sont les polyoléfines greffées par un acide carboxylique, par un anhydride d’acide carboxylique, ou par un ester d’acide carboxylique, tel qu’un ester d’acide carboxylique et d’un époxyalcool (par exemple le glycidol), ou tel qu’un ester d’acide carboxylique et d’un alcool porteur d’un groupe trialkylsilane ou trialkoxysilane. Parmi les polyoléfines, on peut citer celles obtenues par polymérisation de l’acide (meth)acrylique, de l’acide maléique, de l’anhydride maléique, du glycidyl méthacrylate, du 3-méthacryloxypropyltriméthoxysilane, du méthacryloxypropyl tris-(triméthylsiloxy) silane, du 3-méthacryloxypropyl tris-(2-propoxy) silane, du 3-méthacryloxypropyl propyltriéthoxysilane, du 3-méthacryloxypropyl méthyldiméthoxysilane, ou de l’acétoxypropyltriméthoxysilane.
Le matériau composite du matériau multicouche contient en outre de 4,5 à 40 % en poids, de préférence de 10 à 30% en poids de fibres naturelles La présence de fibres permet notamment d’augmenter la résistance thermique du matériau multicouche. Des proportions inférieures à 4,5% conduisent généralement à une rigidité et/ou une résistance thermique trop faibles du matériau composite, et donc de la couche polymérique, et donc du matériau multicouche. Des proportions supérieures à 40% conduisent généralement a une couche polymérique, un donc à un matériau multicouche, de masse trop élevée pour les applications automobiles.
Même en présence de ces fibres naturelles, la couche polymérique comprenant un matériau composite du matériau multicouche reste injectable. Toutefois, on observe un comportement à l’injection optimum lorsqu’elle contient moins de 30% en poids de fibres naturelles.
Les fibres naturelles sont de préférence en cellulose ou sont des fibres naturelles issues :
- des graines ou du fruit de plante, telles que le coton, le kapok, l’asclépiade (« Milkweed » en anglais) et/ou le coco,
de la tige de la plante, telles que le lin, le chanvre, le jute, la ramie et/ou le kenaf,
- des feuilles de la plante telles que le sisal, le chanvre de Manille, l’abaca, le henequen, le raphia et/ou l’agave,
- du tronc de la plante, tels que le bois (bois mou (« softwood » en anglais) ou dur (« hardwood » en anglais)) et/ou le bananier,
- de plantes herbacées telles que le panic érigé (« switchgrass » en anglais), le miscanthus, le bambou, le sorgho, l’esparto et/ou le sabei communis,
- de la tige de déchets agricoles tels que le riz, le blé et/ou maïs,
- de poils, de sécrétion ou de plumes d’animaux, tels que la laine l’alpaga, le mohair, le cachemire, l’angora, les plumes d’oies, la soie, Tussah ou soie sauvage et/ou les fils d’araignée,
et les mélanges de celles-ci. Les fibres naturelles en cellulose ou issues de la tige, telles que lin, le chanvre, le jute, la ramie et/ou le kenaf, sont particulièrement préférées. Généralement, la poudre de bois ou farine de bois n’est pas considérée comme appartenant aux fibres naturelles.
La longueur des fibres naturelles peut varier largement, selon les applications envisagées pour le matériau multicouche. On utilise de préférence des fibres dont la longueur moyenne est comprise entre 0,1 et 10 mm et/ou dont le diamètre moyen est compris entre 20 et 200 µm.
Les fibres sont de préférence utilisées après séchage à une teneur en eau inférieure à 5% en poids. Elles peuvent ensuite être soumises à un traitement de surface afin d’augmenter la compatibilité avec la matrice, en particulier avec des silanes.
Le matériau composite peut être constitué des composantes (a), (b), (c), (d) et (e) définies ci-dessus.
Le matériau multicouche comprend également au moins une couche renforçante. Il peut en comprendre une seule (le matériau multicouche est alors généralement bicouche) ou plusieurs. Dans un mode de réalisation préféré, le matériau multicouche comprend deux couches renforçantes. Le matériau multicouche est alors généralement tricouche. De préférence, les deux couches renforçantes sont situées de part et d’autre de la couche polymérique (figures 1 et 2). Le matériau multicouche comprend alors une couche polymérique telle que définie ci-dessus au moins partiellement entre deux couches renforçantes, chaque couche renforçante comprenant un tissu ou un film thermoplastique perforé, lesdites couches renforçantes étant au moins partiellement imprégnées d’une partie dudit matériau composite. Le matériau multicouche a alors typiquement une structure sandwich. La couche polymérique est au moins partiellement entre les deux couches renforçantes : lorsque le matériau composite n’imprègne la couche renforçante qu’au niveau de ses pores/perforations, la couche polymérique est entre les deux couches renforçantes (figure 2), mais si l’une des deux couches renforçantes ou les deux couches renforçantes est(sont) totalement imprégnée(s) de matériau composite, la couche polymérique s’étend au-delà de la couche renforçante, et la couche polymérique est donc uniquement partiellement entre les deux couches renforçantes (figure 1).
La résilience d’un tel matériau sandwich est généralement améliorée par rapport à celle d’un matériau multicouche ne comprenant qu’une seule couche renforçante.
Chaque couche renforçante comprend (et est de préférence constituée de) indépendamment un tissu ou un film thermoplastique perforé.
Le tissu peut indépendamment :
  • être un tissu tissé, non-tissé, tricoté ou tressé, et/ou
  • à base de fibres naturelles, à base de fibres de carbone ou à base de fibres de verre, et de préférence à base de fibres naturelles, notamment telles que définies ci-dessus.
Le tissu a généralement une épaisseur de 100 µm à 2 mm.
Le film thermoplastique perforé est par exemple un film perforé à base de poly(butyral de vinyle) (PVB) ou de polyester thermoplastique. Le film thermoplastique perforé a typiquement une épaisseur de 5 à 100 µm, de préférence de 10 à 50 µm.
Lorsque le matériau multicouche comprend plusieurs couches renforçantes, celles-ci peuvent être de natures différentes, par exemple une couche renforçante peut être en tissu et une couche renforçante peut être en film thermoplastique perforé. De préférence, les couches renforçantes sont toutes de même nature.
Chaque couche renforçante est au moins partiellement imprégnée d’une partie du matériau composite de la couche polymérique.
La(es) couche(s) renforçante(s) permet(tent) avantageusement d’améliorer la ductilité du matériau multicouche. L’imprégnation au moins partielle de(s) la couche(s) renforçante(s) par une partie du matériau composite de la couche polymérique génère des liaisons chimiques et mécaniques très élevées entre la couche polymérique et la(s) couche(s) renforçante(s), ce qui renforce le matériau multicouche et augmente sa résilience. Une décohésion entre la(es) couche(s) renforçante(s) et la couche polymérique est impossible. Avantageusement, la couche(s) renforçante(s) permet(tent) également d’empêcher la fragmentation du matériau multicouche et donc la projection de fragments lors de chocs.
Dans un mode de réalisation, la au moins une couche renforçante est partiellement imprégnée d’une partie du matériau composite. Dans ce mode de réalisation, au moins une partie de la couche renforçante reste visible à la surface du matériau multicouche. Cette partie visible peut avantageusement servir de décor au matériau.
Dans un autre mode de réalisation, la au moins une couche renforçante est totalement imprégnée d’une partie dudit matériau composite. Dans ce mode de réalisation, la couche renforçante est intégrée au sein de la couche polymérique. La couche polymérique s’étend alors au-delà de la couche renforçante. La couche renforçante n’est plus visible à la surface du matériau. Le matériau composite s’étend de part et d’autre de la au moins une couche renforçante.
Lorsque le matériau comprend plusieurs couches renforçantes, chacune peut être partiellement ou totalement imprégnée du matériau composite. Par exemple, pour un matériau comprenant deux couches renforçantes, les modes de réalisation suivants sont envisageables :
- les deux couches renforçantes sont partiellement imprégnées d’une partie du matériau composite (figure 2). Une partie de chaque couche renforçante reste visible à la surface du matériau.
- une des deux couches renforçantes est partiellement imprégnée d’une partie du matériau composite (couche au moins partiellement visible à la surface du matériau), et l’autre couche renforçante est totalement imprégnée d’une partie dudit matériau composite (couche invisible à la surface du matériau).
- les deux couches renforçantes sont totalement imprégnées d’une partie du matériau composite (figure 1). Les deux couches renforçantes sont intégrées au sein de la couche polymérique. Les deux couches renforçantes ne sont pas visibles à la surface du matériau.
Le matériau multicouche a généralement une épaisseur de 0,5 à 7,0 mm, notamment de 1,0 à 5,0 mm, de préférence de 1,5 à 4,0 mm.
De préférence, le matériau multicouche est constitué de la couche polymérique et de(s) la couche(s) renforçante(s).
Selon un second objet, l’invention concerne un procédé de préparation du matériau multicouche défini ci-dessus comprenant une étape d’injection par surmoulage du matériau composite tel que défini ci-dessus en présence d’au moins une couche renforçante, chaque couche renforçante comprenant un tissu ou un film thermoplastique perforé, ce par quoi une partie du matériau composite imprègne chaque couche renforçante. Une fois refroidi, le matériau composite forme la couche polymérique.
Lorsque le matériau multicouche comprend deux couches renforçantes, le procédé comprend typiquement une étape d’injection par surmoulage du matériau composite tel que défini ci-dessus entre deux couches renforçantes, ce par quoi une partie du matériau composite imprègne chaque couche renforçante.
L’injection est de préférence réalisée à une température inférieure à 210°C afin d’éviter de dégrader les fibres naturelles.
Avantageusement, le surmoulage est réalisé en une seule étape (« one-shot molding »).
Le tissu comprend des pores. Le film thermoplastique perforé comprend des perforations. Lors du surmoulage, une partie du matériau composite diffuse à travers lesdites pores/perforations, ce qui conduit à l’imprégnation au moins partielle de(s) la couche(s) renforçante(s) par une partie du matériau composite.
Par « une partie du matériau composite», on entend qu’une partie d’au moins certaines des composantes du matériau composite imprègnent chaque couche renforçante. Typiquement, au moins une partie du polymère (a) diffuse à travers les pores/perforations, généralement au moins une partie des composantes (a), (b), (c) et (d) diffuse à travers les pores/perforations. La diffusion de certaines fibres naturelles (e) à travers les pores/perforations dépend de la dimension des fibres par rapport au diamètre des pores/perforations. Les composantes du matériau composite servent ainsi de liant entre la couche polymérique et la(es) couche(s) renforçante(s).
Le procédé peut comprendre une étape préalable de préparation du matériau composite, typiquement sous forme de granulés. Des granulés sont en effet adaptés pour être utilisés comme produit de départ pour le surmoulage. Typiquement, le procédé comprend les étapes de :
(i) introduction des composantes polymériques (a) à (d) et d’au moins une partie de la composante (e) dans un dispositif de mélange approprié ;
(ii) fusion et mélange desdites composantes dans le dispositif de mélange;
(iii) le cas échéant, introduction du reste de la composante (e) dans le mélange ;
(iv) fusion et mélange final des composantes ; et
(v) granulation pour obtenir des granulés de matériau composite,
(vi) injection par surmoulage du matériau composite en présence d’au moins une couche renforçante, chaque couche renforçante comprenant un tissu ou un film thermoplastique perforé, ce par quoi une partie du matériau composite imprègne chaque couche renforçante.
De préférence, les étapes (i) à (v) sont réalisées dans une extrudeuse à vis.
L’étape (vi) peut être mise en œuvre en introduisant les granulés obtenus à l’étape (v) dans une vis de plastification chauffée et régulée en température. Les granulés sont ramollis sous l’action conjuguée de la vis et de la température pour atteindre à l’avant de la vis un état visqueux, constituant la réserve de matière prête à être injectée. La matière présente à l'avant de la vis de plastification est ensuite injectée sous forte pression à l'intérieur d'un moule (ou cavité) présentant la forme souhaitée pour le matériau, où chacune des deux extrémités opposées du moule est munie d’une(de) couche(s) renforçante(s), ce par quoi le matériau composite imprègne la(es) couche(s) renforçante(s). Une pression constante est appliquée pendant un temps déterminé afin de continuer à alimenter la cavité afin de palier au retrait de la matière durant son refroidissement. Le matériau est ensuite refroidi durant quelques secondes puis éjecté.
Selon un troisième objet, l’invention concerne le matériau multicouche susceptible d’être obtenu par ce procédé. Les modes de réalisation décrits ci-dessus sont bien sûr applicables.
Selon un quatrième objet, l’invention concerne un procédé d’amélioration de la résilience d’un matériau composite tel que défini ci-dessus comprenant une étape d’injection par surmoulage dudit matériau composite en présence d’au moins une couche renforçante, chaque couche renforçante comprenant un tissu ou un film thermoplastique perforé, ce par quoi une partie du matériau composite imprègne chaque couche renforçante. Les modes de réalisation décrits ci-dessus sont bien sûr applicables. La résilience peut être déterminée par l’essai de choc Izod entaillé à 23°C selon la norme ISO 180 de 2001. L’amélioration de la résilience est généralement supérieure à 100%, voire 500% et peut même atteindre 1000% lorsque l’injection est réalisée entre deux couches renforçantes (matériau sandwich décrit ci-dessus).
Selon un quatrième objet, l’invention concerne l’utilisation du matériau multicouche décrit pour la préparation de pièces de véhicules, de préférence de pièces d’automobiles, notamment pour la préparation de pièces intérieures d’automobiles, comme par exemple des planches de bord, des panneaux de porte. Avantageusement, ces pièces ont un comportement résilient et sont en mesure de résister à de fortes sollicitations lors d’un choc important (crash du véhicule, chute de bagage…). Les pièces peuvent avoir de grandes dimensions typiquement jusque 1600 mm.
L’invention concerne également les pièces de véhicules susceptibles d’être obtenues à partir du matériau multicouche.
L’invention sera expliquée plus en détail au moyen des figures et des exemples qui suivent, donnés à titre purement illustratif.
La figure 1 illustre une vue en coupe d’un matériau 1 tricouche comprenant une couche 2 polymérique partiellement entre deux couches 3,4 renforçantes totalement imprégnées d’une partie du matériau composite. Les couches 3,4 renforçantes ne sont pas visibles à la surface du matériau 1 tricouche.
La figure 2 illustre un matériau 1 tricouche comprenant une couche 2 polymérique entre deux couches 3,4 renforçantes partiellement imprégnées d’une partie du matériau composite, et à l’intérieur du cercle, elle illustre une vue éclatée et agrandie des trois couches. Le matériau composite imprègne les couches renforçantes partiellement, au niveau des perforations/pores. Les couches 3,4 renforçantes restent visibles à la surface du matériau 1 tricouche et peuvent ainsi servir de décor.
EXEMPLE
Dans une extrudeuse type bivis, on a introduit par une première trémie 68 kg d’un copolymère de propylène et d’éthylène d’indice de fluidité de 25g/10min tel que le grade C7079-25RNA de chez Braskem, 5 kg d’un homopolymère d’indice de fluidité de 800 g/10 min tel que le Borflow HL508FB de chez Borealis, 5 kg d’un modifiant choc, >Exact 8201 fourni par ExxonMobil Chemical et 2 kg d’un compatibilisant polypropylène greffé anhydride maléique, Orevac CA100 d’Arkema puis 20kg de fibres de chanvre, Eurochanvre, dont la moitié a été introduit au moyen d’une seconde trémie située en aval.
Composante Proportion [% en poids]
Copolymère de propylène -éthylène 68
Homopolymère 5
Modifiant choc 5
Compatibilisant 2
Fibres de chanvre 20
Tableau 1 : Composition du matériau composite
Le mélange a été soumis à un compoundage par extrusion dans les conditions suivantes : Température 190°C
Pression : 5 à 30 bars
Le matériau composite obtenu sous forme de granulés a ensuite été utilisé dans une presse à injecter pour surmouler un mat unidirectionnel de fibres de lin (75g/m²) : Température 190°C, Vitesse d’injection 45mm/s, Pression d’injection 60 Bars
afin d’obtenir un matériau multicouche (bicouche ici) comprenant une couche en matériau composite et une couche renforçante partiellement imprégnée du matériau composite.
La résilience du matériau bicouche a été comparée à celle du matériau composite. Les résultats sont fournis au tableau 2. Le matériau bicouche a une résilience 3,5 fois supérieure à celle du matériau composite.
Unité Matériau composite (seul) Matériau bicouche
Moyenne kJ/m2 18 63
Ecart type kJ/m2 0,8 1,5
Tableau 2 : Résultats de résistance à l’impact en IZOD non entaillé (ISO 180)

Claims (10)

  1. Matériau (1) multicouche comprenant :
    • au moins une couche (3,4) renforçante comprenant un tissu ou un film thermoplastique perforé, et
    • une couche (2) polymérique comprenant un matériau composite comprenant :
    (a) de 55 à 90 % en poids d’un polymère présentant un indice de fluidité de 15 à 400 g/ 10 min à 230°C sous une charge de 2,16 kg et choisi parmi les copolymères polypropylène-polyéthylène, les polypropylènes homopolymères ou un mélange de ceux-ci, ledit polymère formant la matrice du matériau composite ;
    (b) de 0 à 20% en poids d’un agent de fluidité présentant un indice de fluidité de 500 à 2000 g/ 10 min à 230°C sous une charge de 2,16 kg ;
    (c) de 2 à 30 % en poids d’un modifiant choc ;
    (d) de 0,5 à 4 % en poids d’un agent compatibilisant ; et
    (e) de 4,5 à 40 % en poids de fibres naturelles,
    chaque couche (3,4) renforçante étant au moins partiellement imprégnée d’une partie dudit matériau composite.
  2. Matériau (1) multicouche selon la revendication 1, dans lequel la couche (2) polymérique est au moins partiellement entre deux couches (3,4) renforçantes.
  3. Matériau (1) multicouche selon la revendication 1 ou 2, dans lequel :
    • l’agent de fluidité est un polypropylène, de préférence un polypropylène homopolymère, notamment un polypropylène homopolymère obtenu par catalyse métallocène, ou
    • le modifiant choc est un composé élastomérique, notamment choisi parmi le groupe constitué par le monomère éthylène- propylène-diène (EPDM), le monomère éthylène-propylène (EPM), le caoutchouc éthylène-propylène (EPR), les polyoléfines élastomères (POE), les copolymères et terpolymères à base d’au moins deux monomères choisis parmi l’éthylène, le propylène, le butène et l’octène, le caoutchouc de nitrile - butadiène (NBR), l’isobutylène (IB), le caoutchouc chloré, le poly(styrène-butadiène-styrène (SBS), le copolymère styrène-éthylène-butène-styrène (SEBS), le caoutchouc isobutylène-isoprène (IIR), le copolymère styrène-isoprène-styrène (SIS), le polyéthylène chloré (CM), les polymères d’isoprène, les copolymères d’éthylène et de butylène, leurs mélanges et dérivés, notamment greffés par de l’acide maléique ou de l’anhydride d’acide maléique, ou
    • l’agent compatibilisant est une polyoléfine greffée par un acide carboxylique, par un anhydride d’acide carboxylique, ou par un ester d’acide carboxylique, ou
    • les fibres naturelles sont en cellulose ou issues de la tige, telles que lin, le chanvre, le jute, la ramie ou le kenaf.
  4. Matériau (1) multicouche selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le tissu est un tissu tissé, non-tissé, tricoté ou tressé.
  5. Matériau (1) multicouche selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le tissu est à base de fibres naturelles, à base de fibres de carbone ou à base de fibres de verre, de préférence à base de fibres naturelles.
  6. Matériau (1) multicouche selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les couches (3,4) renforçantes comprennent un film perforé à base de poly(butyral de vinyle) ou de polyester thermoplastique.
  7. Procédé de préparation du matériau (1) multicouche selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, ledit procédé comprenant une étape d’injection par surmoulage du matériau composite tel que défini à la revendication 1 ou 3 en présence d’au moins une couche (3,4) renforçante, chaque couche renforçante comprenant un tissu ou un film thermoplastique perforé, ce par quoi une partie du matériau composite imprègne chaque couche (3,4) renforçante.
  8. Procédé d’amélioration de la résilience d’un matériau composite tel que défini à la revendication 1 ou 3, ledit procédé comprenant une étape d’injection par surmoulage du matériau composite en présence d’au moins une couche (3,4) renforçante, chaque couche renforçante comprenant un tissu ou un film thermoplastique perforé, ce par quoi une partie du matériau composite imprègne chaque couche (3,4) renforçante.
  9. Utilisation du matériau (1) multicouche selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 pour la préparation de pièces de véhicule.
  10. Utilisation selon la revendication 9, pour la préparation de pièces intérieures d’automobiles.
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FR2991904A1 (fr) * 2012-06-14 2013-12-20 Faurecia Interieur Ind Habillage interieur de vehicule comprenant un revetement d'aspect ayant une couche ligneuse, et procede de fabrication associe
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