FR3127906A1 - Procédé de thermoformage double-feuilles d’un corps creux et corps creux en dérivant - Google Patents

Procédé de thermoformage double-feuilles d’un corps creux et corps creux en dérivant Download PDF

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Abstract

L’invention concerne l’utilisation de feuilles comprenant au moins une face constituée d’une composition pseudo-amorphe à base de poly-aryl-éther- cétone(s) pour un procédé de thermoformage double-feuilles, un procédé correspondant ainsi que le corps creux obtenu par ce procédé. [Fig. 1]

Description

Procédé de thermoformage double-feuilles d’un corps creux et corps creux en dérivant
L'invention concerne le domaine des procédés de thermoformage double-feuilles d’un corps creux.
Plus précisément l’invention concerne de tels procédés utilisant des feuilles à base de poly-aryl-éther-cétone(s).
Art antérieur
Les poly-aryl-éther-cétones sont des polymères techniques haute performance bien connus. Ils peuvent être utilisés pour des applications contraignantes en température et/ou en contraintes mécaniques, voire chimiques. Ils peuvent également être utilisés pour des applications demandant une excellente résistance au feu et peu d’émission de fumées ou de gaz toxiques. Ils présentent enfin une bonne biocompatibilité. On retrouve ces polymères dans des domaines aussi variés que l’aéronautique et le spatial, les forages off-shore, l’automobile, le ferroviaire, la marine, l’éolien, le sport, le bâtiment, l’électronique ou encore les implants médicaux.
Les procédés de thermoformage double-feuilles de thermoplastiques sont également connus de l’art antérieur. Ils permettent notamment de produire des articles rigides creux.
Un procédé de thermoformage double-feuilles consiste à thermoformer deux feuilles pour former deux moitiés d’un article et à souder ces moitiés entre elles de sorte à obtenir un article creux.
Deux procédés sont notamment connus.
Selon un premier procédé, deux feuilles en polymère thermoplastique sont mises en place dans un cadre de serrage et chauffées simultanément. Lorsque les feuilles ont atteint la température de formage, c’est-à-dire sont suffisamment ramollies, de l'air est forcé entre les feuilles et/ou un vide est appliqué sur la partie externe des feuilles, les pressant contre deux moitiés de moules pouvant être refermées et pressées l’une contre l’autre permettant un effet de pincement.
Selon un deuxième procédé, les deux feuilles sont séquentiellement thermoformées dans leur moitié de moule respective. Les deux moitiés de moule sont ensuite refermées et pressées l’une contre l’autre permettant l’effet de pincement.
Un exemple de mise en œuvre avec des polymères thermoplastiques ayant une température de fléchissement élevée (HHDT) est décrit dans le brevet US 5,114,767 A2. Les polymères HHDT incluent au sens de cette technique des polyétherimides, des polyamideimides, des polyimides, des polysulfones, un polyéther sulfone, un polyphénylsulphone, un polyétheréthercétone, un polyéthercétonecétone, un polyaryl sulfone, des polyamides aromatiques, des polyarylsulfones et des mélanges polyphényléther/polystyrène.
Deux couches de polymère thermoplastique HHDT, tel un de que ceux cités ci-dessus, sont d’abord chauffées au-dessus de leur température de fléchissement et placées entre deux moitiés de moule portées à une température inférieure à ladite température de fléchissement. Une couche d’un polymère à basse température de fléchissement (LHDT), est intercalée entre les deux couches de polymère thermoplastique HHDT. Les deux moitiés de moule sont ensuite refermées l’une contre l’autre, l’adhésion entre les deux couches de polymère HHDT étant assurée par la présence du polymère LHDT. Enfin, un corps creux est formé par injection de gaz dans le moule.
Cette technique présente comme désavantage l’obligation d’ajouter une couche d’adhésion entre les deux couches destinées à former principalement le corps creux.
Il existe actuellement un besoin d’utiliser des poly-aryl-éther-cétones dans des procédés de thermoformage afin de fabriquer des corps creux cristallisés haute performance.
La présente invention propose un procédé de thermoformage double-feuilles comprenant au moins deux feuilles de poly-aryl-éther-cétone(s) aptes à cristalliser sans nécessiter de couche supplémentaire intermédiaire.
L’invention concerne un procédé de thermoformage double-feuilles pour fabriquer un corps creux. Le procédé comprend :
- la fourniture de deux feuilles comprenant au moins une face constituée d’une composition pseudo-amorphe à base de poly-aryl-éther-cétone(s) ;
- une étape de ramollissement des deux feuilles à une température de ramollissement, de sorte à former des feuilles ramollies,
la température de ramollissement étant supérieure ou égale à la température de transition vitreuse de chaque composition pseudo-amorphe ;
- une étape de formage des feuilles ramollies de sorte à former des feuilles thermoformées ;
- une étape de mise en contact et de coalescence d’au moins une zone de contact desdites faces des feuilles ramollies, et/ou
des feuilles en cours de formage ou déjà formées,
de sorte à former un corps intermédiaire, les zones de contact étant chauffées à une température de mise en contact, chaque zone de contact restant dans un état essentiellement amorphe au moins jusqu’à la mise en contact; et,
- une étape de cristallisation de la composition à une température de moule, pour former un corps creux cristallisé,
l’étape de cristallisation étant mise en œuvre essentiellement après l’étape de mise en contact et de coalescence, et préférentiellement essentiellement après l’étape de formage.
Avantageusement, la composition peut avoir une viscosité à 380°C, à 1Hz, telle que mesurée par un rhéomètre à plans parallèles, allant de 200 Pa.s à 8000 Pa.s, préférentiellement de 500 Pa.s à 5000 Pa.s, et plus préférentiellement de 750 Pa.s à 4500 Pa.s.
Avantageusement, le temps de demi-cristallisation isotherme à la température de contact de la composition peut être d’au moins 3 secondes, préférentiellement d’au moins 5 secondes, et le plus préférentiellement d’au moins 8 secondes ; et/ou d’au plus 30 minutes, préférentiellement d’au plus 10 minutes, préférentiellement encore d’au plus 5 minutes, et le plus préférentiellement d’au plus 2 minutes.
Selon certains modes de réalisation, le(s) poly-aryl-éther-cétone(s) peut être un poly-éther-cétone-cétone. Il peut préférentiellement être un homopolymère ou un copolymère essentiellement constitué, ou constitué, d’au moins un motif de répétition isophtalique (I), ayant pour formule chimique :
,
et dans le cas du copolymère, d’un motif de répétition téréphtalique (T), ayant pour formule chimique :
,
le pourcentage molaire en motifs T par rapport à la somme des motifs T et I étant de 0% à 5% ou de 35% à 78%, préférentiellement de 45% à 75%, et de manière extrêmement préférée de 48% à 52% ou de 65% à 74%.
Selon certains modes de réalisation, le(s) poly-aryl-éther-cétone(s) peut être un copolymère essentiellement constitué, ou constitué, d’un motif de répétition de formule :
(III) ;
et d’un motif de répétition de formule :
(IV) ;
le pourcentage molaire en unité (III) par rapport à la somme des unités (III) et (IV) étant de : 0% à 99%, préférentiellement de 5% à 95%, de manière davantage préférée de 10% à 50% et de manière la plus préférée de 20% à 40%.
Selon certains modes de réalisation, le(s) poly-aryl-éther-cétone(s) peut être un un copolymère essentiellement constitué, ou constitué, d’un motif de répétition ayant pour formule :
(III) ;
et d’un motif de répétition ayant pour formule:
(V) ;
le pourcentage molaire en unité (III) par rapport à la somme des unités (III) et (V) étant de 0% à 99% et préférentiellement de 0% à 95%.
Selon certains modes de réalisation, la composition peut comprendre au moins un autre polymère thermoplastique différent d’un poly-aryl-éther-cétone et/ou peut comprendre au moins une charge et/ou peut comprendre au moins un additif.
Selon certains modes de réalisation, la composition peut être constituée du (des) poly-aryl-éther-cétone(s), optionnellement d’un ou plusieurs autre(s) polymère(s) thermoplastique(s) différent(s) d’un poly-aryl-éther-cétone, optionnellement d’une ou plusieurs charges, et optionnellement d’un ou plusieurs additifs.
Selon certains modes de réalisation, chaque feuille peut être constituée, indépendamment ou non l’une de l’autre, d’une composition pseudo-amorphe à base de poly-aryl-éther-cétone(s).
Avantageusement, les deux feuilles peuvent avoir, indépendamment ou non l’une de l’autre, une épaisseur de 200 microns à 20 millimètres, préférentiellement une épaisseur de 500 microns à 10 millimètres.
Avantageusement, l’étape de cristallisation peut être mise en œuvre jusqu’à un taux de cristallinité moyen dans l’épaisseur strictement supérieur à 7%, tel que mesuré par WAXS, au cours de l’étape de cristallisation; préférentiellement jusqu’à un taux de cristallinité supérieur ou égal à 10%, ou supérieur ou égal à 15%, ou supérieur ou égal à 20%, voire supérieur ou égal à 25%.
Avantageusement, l’étape de ramollissement peut être mise en œuvre avec une température de ramollissement ayant une valeur strictement supérieure à Tg et inférieure ou égale à (Tg+80)°C, et préférentiellement ayant une valeur allant de (Tg+10)°C à (Tg+75)°C.
Avantageusement, l’étape de cristallisation peut être mise en œuvre à une température de moule voisine de la température à laquelle la composition présente un minimum de temps de demi-cristallisation isotherme.
Avantageusement, l’écart entre la température de moule et la température de ramollissement est inférieur ou égal à 50°C, et préférentiellement supérieur ou égal à 15°C.
Selon certains modes de réalisation, l’étape de mise en contact et de coalescence est mise en œuvre avec une pression de pincement ayant une valeur allant de 1 bar à 50 bars, préférentiellement avec une pression de pincement ayant une valeur allant de 5 bars à 40 bars, et de manière davantage préférée avec une pression de pincement ayant une valeur allant de 7 bars à 30 bars.
L’invention concerne également un corps creux comprenant au moins une surface interne constituée d’une composition cristallisée à base de poly-aryl-éther-cétone(s), susceptible d’être obtenu par un procédé tel que décrit ci-dessus.
La présente invention repose sur l’utilisation par les inventeurs de feuilles comprenant au moins une face constituée d’une composition pseudo-amorphe à base de poly-aryl-éther-cétone(s) pour un procédé de thermoformage double-feuilles permettant de fabriquer un corps creux. L’utilisation de telles feuilles peut notamment être mise en œuvre dans un procédé tel que ceux décrits ci-dessus. Ces feuilles permettent de mettre en œuvre une thermosoudure de bonne qualité au niveau de la zone de contact entre les feuilles, puisque la composition de chaque feuille reste dans un état essentiellement amorphe jusqu’à la mise en contact et coalescence des compositions. La composition de chaque feuille est néanmoins cristallisable et cristallise après la mise en contact et coalescence des compositions. Les inventeurs ont ainsi pu exploiter la cinétique de cristallisation particulièrement avantageuse de poly-aryl-éther-cétone(s) pseudo-amorphe(s) pour mettre en œuvre un corps creux cristallisé à partir de feuilles de composition(s) pseudo-amorphe(s) à base de poly-aryl-éther-cétone(s), sans besoin de recourir à une couche intermédiaire adhésive.
Figures
est un schéma d’un dispositif de thermoformage double-feuilles.
est un diagramme bloc représentant les étapes principales d’un procédé de thermoformage double-feuilles selon un premier mode de réalisation et pour lequel, le dispositif selon la est particulièrement approprié.

Claims (15)

  1. Procédé (100) de thermoformage double-feuilles pour fabriquer un corps creux (140), ledit procédé comprenant :
    - la fourniture de deux feuilles (10) comprenant au moins une face (11) constituée d’une composition pseudo-amorphe à base de poly-aryl-éther-cétone(s);
    - une étape de ramollissement (105) des deux feuilles (10) à une température de ramollissement, de sorte à former des feuilles ramollies (110),
    la température de ramollissement étant supérieure ou égale à la température de transition vitreuse de chaque composition pseudo-amorphe ;
    - une étape de formage (115) des feuilles ramollies (110) de sorte à former des feuilles thermoformées (120) ;
    - une étape de mise en contact et de coalescence (125) d’au moins une zone de contact (12) desdites faces (11) des feuilles ramollies, et/ou
    des feuilles en cours de formage ou déjà formées,
    de sorte à former un corps intermédiaire (130), les zones de contact (12) étant chauffées à une température de mise en contact, chaque zone de contact restant dans un état essentiellement amorphe au moins jusqu’à la mise en contact; et,
    - une étape de cristallisation (135) de la composition à une température de moule, pour former un corps creux cristallisé (140),
    l’étape de cristallisation (135) étant mise en œuvre essentiellement après l’étape de mise en contact et de coalescence (125), et préférentiellement essentiellement après l’étape de formage (115).
  2. Procédé de thermoformage double-feuilles selon la revendication 1, dans lequel ladite composition a une viscosité à 380°C, à 1Hz, telle que mesurée par un rhéomètre à plans parallèles, allant de 200 Pa.s à 8000 Pa.s, préférentiellement de 500 Pa.s à 5000 Pa.s, et plus préférentiellement de 750 Pa.s à 4500 Pa.s.
  3. Procédé de thermoformage selon l’une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel le temps de demi-cristallisation isotherme à la température de contact est d’au moins 3 secondes, préférentiellement d’au moins 5 secondes, et le plus préférentiellement d’au moins 8 secondes ; et/ou
    dans lequel le temps de demi-cristallisation isotherme à la température de contact est d’au plus 30 minutes, préférentiellement d’au plus 10 minutes, préférentiellement encore d’au plus 5 minutes, et le plus préférentiellement d’au plus 2 minutes.
  4. Procédé de thermoformage double-feuilles selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’au moins un poly-aryl-éther-cétone est un poly-éther-cétone-cétone, préférentiellement un homopolymère ou un copolymère essentiellement constitué, ou constitué, d’au moins un motif de répétition isophtalique (I), ayant pour formule chimique :
    ,
    et dans le cas du copolymère, d’un motif de répétition téréphtalique (T), ayant pour formule chimique :
    ,
    le pourcentage molaire en motifs T par rapport à la somme des motifs T et I étant de 0% à 5% ou de 35% à 78%, préférentiellement de 45% à 75%, et de manière davantage préférée de 48% à 52% ou de 65% à 74%.
  5. Procédé de thermoformage double-feuilles selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’au moins un poly-aryl-éther-cétone est un copolymère essentiellement constitué, ou constitué, d’un motif de répétition de formule chimique :

    (III) ;
    et d’un motif de répétition de formule chimique :
    (IV) ;
    le pourcentage molaire en unité (III) par rapport à la somme des unités (III) et (IV) étant de : 0% à 99%, préférentiellement de 5% à 95%, préférentiellement encore de 10% à 50% et de manière la plus préférée de 20% à 40%.
  6. Procédé de thermoformage double-feuilles, selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’au moins un poly-aryl-éther-cétone est un copolymère essentiellement constitué, ou constitué, d’un motif de répétition ayant pour formule :
    (III) ;
    et d’un motif de répétition ayant pour formule:
    (V) ;
    le pourcentage molaire en unité (III) par rapport à la somme des unités (III) et (V) étant de 0% à 99% et préférentiellement de 0% à 95%.
  7. Procédé de thermoformage double-feuilles selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la composition est constituée de(s) polyaryl éther cétone(s), optionnellement d’autre(s) polymère(s) thermoplastique(s) différent(s) d’un polyaryl éther cétone, optionnellement de charge(s), et optionnellement d’additif(s).
  8. Procédé de thermoformage double-feuilles selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque feuille est constituée, indépendamment ou non l’une de l’autre, d’une composition pseudo-amorphe à base de polyaryl éther cétone(s).
  9. Procédé de thermoformage double-feuilles selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les deux feuilles ont, indépendamment ou non l’une de l’autre, une épaisseur de 200 microns à 20 millimètres, préférentiellement une épaisseur de 500 microns à 10 millimètres.
  10. Procédé de thermoformage double-feuilles selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’étape de cristallisation est mise en œuvre jusqu’à un taux de cristallinité moyen dans l’épaisseur strictement supérieur à 7%, tel que mesuré par WAXS, au cours de l’étape de cristallisation;
    préférentiellement jusqu’à un taux de cristallinité moyen supérieur ou égal à 10%, ou supérieur ou égal à 15%, ou supérieur ou égal à 20%, voire supérieur ou égal à 25%.
  11. Procédé de thermoformage double-feuilles selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’étape de ramollissement (105) est mise en œuvre à une température de ramollissement ayant une valeur strictement supérieure à Tg et inférieure ou égale à (Tg+80)°C, et préférentiellement ayant une valeur allant de (Tg+10)°C à (Tg+75)°C.
  12. Procédé de thermoformage double-feuilles selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’étape de cristallisation est mise en œuvre à une température de moule voisine de la température à laquelle la composition présente un minimum de temps de demi-cristallisation isotherme.
  13. Procédé de thermoformage double-feuilles selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’écart entre la température de moule et la température de ramollissement est inférieur ou égal à 60°C, et/ou supérieur ou égal à 15°C.
  14. Procédé de thermoformage double-feuilles selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’étape de mise en contact et de coalescence est mise en œuvre avec une pression de pincement ayant une valeur allant de 1 bar à 50 bars, préférentiellement avec une pression de pincement ayant une valeur allant de 5 bars à 40 bars, et de manière davantage préférée avec une pression de pincement ayant une valeur allant de 7 bars à 30 bars.
  15. Corps creux comprenant au moins une surface interne constituée d’une composition cristallisée à base de polyaryl éther cétone(s), susceptible d’être obtenu par un procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 14.
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