FR2899145A1 - Procede pour la fabrication d'une structure alveolaire a base de matiere plastique - Google Patents

Procede pour la fabrication d'une structure alveolaire a base de matiere plastique Download PDF

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Abstract

Procédé pour la fabrication d'une structure alvéolaire à base de matière plastique comprenant :- une étape (a) au cours de laquelle on extrude en continu, à travers une filière contenant une pluralité de fentes parallèles, des lamelles parallèles d'une composition à base d'au moins un polymère thermoplastique (P) choisi parmi les polymères amorphes et semi-cristallins ;- une étape (b) au cours de laquelle on soumet, dès la sortie de la filière et en alternances successives, les espaces compris entre deux lamelles adjacentes à une injection d'un fluide (f) et à une dépression, les deux côtés d'une même lamelle étant, pour l'un, soumis à l'action du fluide (f) et, pour l'autre, à l'action de la dépression, et inversement lors de l'alternance suivante, afin de réaliser la déformation des lamelles et leur soudure deux à deux avec formation, dans un plan sensiblement parallèle à la direction d'extrusion, d'une structure alvéolaire dont les alvéoles constitutives s'étendent perpendiculairement à la direction d'extrusion ;- une étape (c) au cours de laquelle on étire la structure alvéolaire obtenue à l'étape (b) perpendiculairement à la direction d'extrusion.

Description

Procédé pour la fabrication d'une structure alvéolaire à base de matière
plastique La présente invention concerne un procédé pour la fabrication d'une structure alvéolaire à base de matière plastique, plus particulièrement d'une structure alvéolaire anisométrique à base de matière plastique. Un besoin rencontré dans de nombreuses industries (automobile, constructions civiles, navales...) consiste à optimiser le rapport propriétés mécaniques/poids des structures utilisées. De nombreux procédés ont été mis au point pour réaliser cet objectif et en particulier, pour alléger les structures en matière plastique. La plupart de ces procédés utilisent soit la formation mécanique d'alvéoles macroscopiques (par assemblage de flux solides ou fondus pour former des structures alvéolaires dites en nid d'abeille ), soit la formation physique d'alvéoles microscopiques par libération ou expansion de gaz (expansion ou moussage à l'aide d'agents d'expansion physiques ou chimiques). Une combinaison des deux types de procédés a également été envisagée. Des procédés pour la fabrication de structures alvéolaires par extrusion continue ont été proposés dans le brevet EP-B-1009625 (1) et dans la demande de brevet FR 05.08635 déposée le 19 août 2005 (2)t
Le procédé décrit dans le brevet (1) consiste : ù à extruder en continu, à l'aide d'une filière à plusieurs fentes, des feuilles parallèles de matière thermofusible à l'intérieur d'une chambre de refroidissement, avec réalisation d'une étanchéité entre les bords longitudinaux des feuilles et les parois de la chambre, les différentes feuilles délimitant entre elles et avec les parois de la chambre des compartiments, ù à réaliser, dans cette chambre et à partir de l'extrémité située du côté de la filière, une dépression dans un compartiment sur deux, afm de déformer et d'attirer deux à deux les feuilles extrudées pour réaliser un soudage localisé sur toute leur hauteur, ù à remplir, à partir de l'extrémité située du côté de la filière, un compartiment sur deux, alternés avec les compartiments précédents, à l'aide d'un fluide de 30 refroidissement qui est en pratique de l'eau, et ù à alterner, dans chaque compartiment, la mise en dépression et le remplissage
-2 à l'aide du fluide de refroidissement, pour obtenir une structure alvéolaire solidifiée dans la chambre de refroidissement dans laquelle les alvéoles sont perpendiculaires à la direction d'extrusion. Selon ce procédé, les structures alvéolaires obtenues sont solides à la sortie de la chambre de refroidissement et, compte tenu en outre de la présence d'un train de traction en aval de la filière, leur géométrie est telle que leur axe longitudinal est orienté dans le sens de l'extrusion. Il en résulte que le module en flexion de l'ensemble des structures alvéolaires est nettement plus élevé dans le sens transversal (perpendiculairement au sens de l'extrusion) que dans le sens longitudinal (sens machine , parallèlement au sens de l'extrusion), limitant leur intérêt pour certaines applications et empêchant de les enrouler sur un dévidoir. En effet, lorsqu'on veut les courber longitudinalement, elles se déforment transversalement, ce qui constitue un inconvénient pratique sérieux lorsqu'on procède à l'extrusion continue de structures alvéolaires de longueur importante. Selon le procédé décrit dans la demande de brevet (2) : on extrude en continu, dans une direction sensiblement horizontale, à travers une filière comprenant une pluralité de fentes parallèles situées au voisinage immédiat d'un matériau isolant, des lamelles parallèles d'une composition à base d'au moins une matière plastique ; dès la sortie de la filière, on soumet, en alternances successives, les espaces compris entre deux lamelles adjacentes à une injection de gaz comprimé et à une dépression, les deux côtés d'une même lamelle étant pour l'un soumis à l'action du gaz comprimé et pour l'autre, à l'action de la dépression, et inversement lors de l'alternance suivante, afin de réaliser la déformation des lamelles et leur soudure deux à deux avec formation, dans un plan sensiblement parallèle à la direction d'extrusion, d'une structure alvéolaire dont les alvéoles constitutives s'étendent perpendiculairement à la direction d'extrusion ; û on soumet, dès sa formation, ladite structure alvéolaire à l'action d'un jet d'air. Selon ce procédé, les structures alvéolaires obtenues, encore à l'état fondu ou pâteux à la sortie de la filière, présentent le plus souvent une section elliptique dont l'axe principal est orienté dans le sens de l'extrusion, Il en résulte que le module en flexion de l'ensemble des structures alvéolaires est nettement plus élevé dans le sens transversal que dans le sens longitudinal (sens machine ); la
3 hauteur de la surface de révolution elliptique formant la paroi de chaque alvéole est aussi limitée et généralement sensiblement inférieure à l'axe longitudinal de ladite alvéole. Les structures alvéolaires obtenues selon ce procédé souffrent donc des mêmes inconvénients que celles obtenues selon le procédé décrit dans le brevet (1). La présente invention vise à résoudre ces problèmes et permet notamment d'obtenir des structures alvéolaires anisométriques à base de matière plastique dont les propriétés sont plus isotropes, qui sont moins denses que les structures alvéolaires connues et qui peuvent être enroulées sur un dévidoir circulaire.
La présente invention concerne dès lors, à titre principal, un procédé pour la fabrication d'une structure alvéolaire à base de matière plastique comprenant : une étape (a) au cours de laquelle on extrude en continu, à travers une filière contenant une pluralité de fentes parallèles, des lamelles parallèles d'une composition à base d'au moins un polymère thermoplastique (P) choisi parmi les polymères amorphes et semi-cristallins ; une étape (b) au cours de laquelle on soumet, dès la sortie de la filière et en alternances successives, les espaces compris entre deux lamelles adjacentes à une injection d'un fluide (f) et à une dépression, les deux côtés d'une même lamelle étant, pour l'un, soumis à l'action du fluide (f) et, pour l'autre, à l'action de la dépression, et inversement lors de l'alternance suivante, afin de réaliser la déformation des lamelles et leur soudure deux à deux avec formation, dans un plan sensiblement parallèle à la direction d'extrusion, d'une structure alvéolaire dont les alvéoles constitutives s'étendent perpendiculairement à la direction d'extrusion ; une étape (c) au cours de laquelle on étire la structure alvéolaire obtenue à l'étape (b) perpendiculairement à la direction d'extrusion. Dans la présente description, on entend définir par le terme matière plastique , tout polymère thermoplastique (P), amorphe ou semi-cristallin, 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. Dans la présente description, on entend définir par le terme polymère 35 amorphe n'importe quel polymère thermoplastique (P) présentant majoritairement un arrangement désordonné des macromolécules qui le
-4 constituent. Autrement exprimé, on entend désigner par ce terme tout polymère thermoplastique qui contient moins de 30 % en poids, de préférence moins de 10 % en poids, de phase cristalline (c'est-à-dire la phase caractérisée par un endotherme de fusion lors de mesures en analyse thermique différentielle (DSC)). Dans la présente description, on entend définir par le terme polymère semi-cristallin n'importe quel polymère thermoplastique (P) présentant, dans une proportion importante, un arrangement chimiquement et géométriquement régulier des macromolécules qui le constituent. Autrement exprimé, on entend désigner par ce terme tout polymère thermoplastique qui contient plus de 30 % en poids, de préférence plus de 50 % en poids, de phase cristalline (c'est-à-dire la phase caractérisée par un endotherme de fusion lors de mesures en analyse thermique différentielle (DSC)). Deux températures caractéristiques sont associées aux polymères thermoplastiques (P) : il s'agit de la température de transition vitreuse (Tg) et de la température de fusion (Tm). Tg est la température au dessous de laquelle une masse polymérique possède plusieurs propriétés du verre inorganique, y compris la dureté et la rigidité. Au dessus de la Tg, la masse polymérique possède des propriétés plastiques ou élastiques et l'on dit qu'elle est à l'état caoutchoutique ou élastomérique. T. est aussi appelée température de fluidité dans le cas des polymères amorphes et point de fusion franche lorsqu'il s'agit de polymères semi-cristallins. A la Tm (qui est plutôt, en pratique, une zone ou plage de températures), il y a équilibre entre les éléments solides et les éléments fondus de la masse polymérique et, par conséquent, dans cette plage de températures, cette dernière est plutôt un liquide visqueux. Tout polymère ou copolymère thermoplastique dont la Tm est inférieure à la température de décomposition peut être utilisé dans le procédé selon la présente invention. Les matières thermoplastiques de synthèse qui présentent une plage de fusion étalée sur au moins 10 C conviennent particulièrement bien.
Comme exemple de telles matières, on trouve celles qui présentent une polydispersion de leur masse moléculaire. On peut notamment utiliser des polyoléfines, des polyhalogénures de vinyle (PVC par exemple) ou de vinylidène (PVDF par exemple), des polyesters thermoplastiques, des poly(aryl éther sulfone)s comme les polyphénylsulfones (PPSU), des polycétones, des polyamides (PA) et leurs copolymères. Les polyoléfines [et en particulier le polypropylène (PP) et le polyéthylène (PE)], les poly(aryl éther sulfone)s comme les polyphénylsulfones (PPSU), les PA, les PVC et les PVDF ont donné de bons résultats. Aux fins de la présente invention, une poly(aryl éther sulfone) désigne n'importe quel polymère dont au moins 5 % en poids des unités récurrentes sont 5 des unités récurrentes (R) répondant à une ou plusieurs formules comprenant au moins un groupement arylène, au moins un groupement éther (ùOù) et au moins un groupement sulfone [ùS(=O)2 ù]. La poly(aryl éther sulfone) peut être notamment une poly(biphényl éther sulfone), une polysulfone, une polyéthersulfone, une polyimidoéthersulfone ou 10 encore un mélange composé de poly(aryl éther sulfone)s choisies parmi les poly(aryl éther sulfone)s précitées. De tels polymères qui conviennent bien dans le cadre de l'invention sont : les polyphénylsulfones RADEZ R de SOLVAY ADVANCED POLYMERS, L.L.C. sont des exemples de PPSU homopolymères. 15 les polysulfones homopolymères commercialisées par SOLVAY ADVANCED POLYMERS, L.L.C. sous la marque UDEL les polyéthersulfones commercialisées par SOLVAY ADVANCED POLYMERS, L.L.C. sous la dénomination RADEL A. La composition à base d'au moins un polymère thermoplastique (P) 20 (dénommée aussi ci-après plus simplement composition ) utilisée dans le procédé selon l'invention peut être constituée d'un seul polymère, d'un mélange de polymères ou de copolymères ou d'un mélange de matière(s) polymérique(s) avec des additifs divers (stabilisants ; plastifiants ; charges inorganiques, organiques et/ou naturelles ou polymériques...). Cette composition peut avoir 25 subi des traitements divers tels que expansion, orientation... Un agent d'expansion peut également être présent, permettant de réaliser des structures alvéolaires expansées ou moussées. L'agent d'expansion selon cette variante de la présente invention peut être de tout type connu. Il peut s'agir d'un agent d'expansion dit physique , c'est-à-dire d'un gaz dissous dans la matière 30 plastique sous pression et qui provoque son expansion lors de la détente à la sortie de l'extrudeuse. Des exemples de tels gaz sont le CO2, l'azote, la vapeur d'eau, les hydrofluorocarbures ou HFC (tel que le mélange à 87/13 % en poids de CF3-CH2F/CHF2-CH3 commercialisé par SOLVAY sous le SOLKANE XG87), les hydrocarbures (tels que le butane et le pentane) ou un 35 mélange de ceux-ci. Il peut également s'agir d'un agent d'expansion dit chimique , c'est-à-dire d'une substance (ou un mélange de substances)
6 dissoute ou dispersée dans la matière plastique et qui, sous l'effet de la température, libère le ou les gaz qui serviront à l'expansion de la matière plastique. Des exemples de telles substances sont l'azodicarbonamide et les mélanges de bicarbonate de sodium et d'acide citrique. Ces derniers donnent de bons résultats. La quantité d'agent d'expansion utilisée dans le procédé selon cette variante de l'invention doit être optimisée notamment en fonction de sa nature, des propriétés (viscosité dynamique notamment) du polymère présent et de la densité finale souhaitée. En général, cette teneur est supérieure ou égale à 0.1 %, de préférence à 0.5 %, voire à 1 %. Il est entendu que les polymères énumérés ci-dessus peuvent être additionnés d'autres polymères compatibles ou non avec ces derniers et comprendre, outre les éventuels plastifiants, les additifs usuels utilisés pour la mise en oeuvre des polymères, tels que, par exemple, des lubrifiants internes et externes, des stabilisants thermiques, des stabilisants à la lumière, des charges inorganiques, organiques et/ou naturelles, des pigments, etc. L'exécution du procédé selon l'invention implique que l'on extrude en continu, au cours d'une étape (a), des lamelles parallèles de la composition à base d'au moins un polymère thermoplastique (P) à travers une filière contenant une pluralité de fentes parallèles. Des exemples de dispositifs d'extrusion convenant à cette exécution sont décrits dans le brevet (1) et dans la demande de brevet (2). Le dispositif décrit dans le brevet (1) comprend une extrudeuse amenant la composition fondue à une filière porte-manteau comportant plusieurs fentes parallèles destinées chacune à la formation en continu d'une lamelle, chaque fente étant délimitée par deux pièces en forme de cônes, réalisées en matériau thermiquement isolant, dans chacune desquelles est ménagée une rainure. Le dispositif décrit dans la demande de brevet (2) comprend essentiellement : (A) une filière plate, de préférence à ouverture élargie, qui amène la composition fondue vers des couteaux permettant de former les lamelles de composition fondue devant être soudées. Cette filière est disposée de manière que la composition fondue soit extrudée dans une direction sensiblement horizontale ; (B) une pluralité de couteaux qui permettent de former les lamelles de composition fondue devant être soudées. Ces couteaux peuvent être
7 constitués de tous matériaux résistants à la température de mise en oeuvre de la composition fondue. Ils peuvent être au moins en partie en matériau thermiquement conducteur tel que l'acier, le cuivre ou des alliages métalliques ou au moins en partie en matériau thermiquement isolant tel que des céramiques ou des résines polyimides éventuellement renforcées de fibres de verre, ou toutes autres matières présentant une résistance mécanique et thermique satisfaisante. Puisque la face avant de la filière est en fait constituée de l'assemblage de couteaux sus-mentionné, ceux-ci soit sont entièrement en matériau thermiquement isolant, soit ont leur extrémité aval (c'est-à-dire leur face externe) à base de ou noyée dans un matériau thermiquement isolant. Ces couteaux sont généralement disposés dans des plans verticaux, parallèles et sensiblement équidistants. Ils définissent entre eux des canaux d'écoulement ayant, dans le sens d'écoulement de la composition fondue, une première partie convergente et, ensuite, une partie substantiellement rectiligne, cette dernière formant les parois latérales de chaque fente constitutive de la filière. L'exécution du procédé selon l'invention implique ensuite la réalisation d'une étape (b) au cours de laquelle on soumet, dès la sortie de la filière et en alternances successives, les espaces compris entre deux lamelles adjacentes à une injection d'un fluide (f) et à une dépression, les deux côtés d'une même lamelle étant, pour l'un, soumis à l'action du fluide (f) et, pour l'autre, à l'action de la dépression, et inversement lors de l'alternance suivante, afin de réaliser la déformation des lamelles et leur soudure deux à deux avec formation, dans un plan sensiblement parallèle à la direction d'extrusion, d'une structure alvéolaire dont les alvéoles constitutives s'étendent perpendiculairement à la direction d' extrusion. Des modes de réalisation pratiques de l'étape (b) sont également décrits par exemple dans le brevet (1) et dans la demande de brevet (2).
Le mode de réalisation décrit dans le brevet (1) est préféré dans le cas ou le fluide (f) est un liquide de refroidissement de la structure alvéolaire en cours de formation, et en particulier, de l'eau. Il implique que l'on relie chaque rainure, ménagée dans chaque pièce en forme de cône de chaque fente de la filière, successivement à une source de dépression et à une source de fluide de refroidissement. La conformation de la structure alvéolaire est assurée par l'intermédiaire de deux ensembles de conformation, comportant des parties
8 coniques complémentaires des pièces en forme de cônes de la filière et montées verticalement sur la filière, c'est-à-dire dans le sens des alvéoles de la structure devant être formée, afin de permettre le réglage de son épaisseur. Les deux ensembles de conformation délimitent, par leurs surfaces en regard, les zones d'appui des deux faces de la structure alvéolaire perpendiculaire aux alvéoles. Ces surfaces convergent, depuis la sortie de la filière, en direction d'une chambre de conformation et de refroidissement de la structure alvéolaire, tubulaire, de section rectangulaire, de hauteur égale à la hauteur de la structure à obtenir, dans le sens des alvéoles de celle-ci, et de largeur égale à celle de la structure. Un réservoir de fluide de refroidissement à partir duquel le fluide est prélevé à l'aide d'une pompe, une pompe à dépression et un distributeur, associé à ces deux pompes ainsi qu'à un réseau le reliant aux différents compartiments situés des deux côtés des lamelles, destiné à relier successivement chaque compartiment avec la source de dépression et avec la source de fluide de refroidissement, complètent le dispositif permettant la mise en oeuvre de ce mode de réalisation. Le mode de réalisation décrit dans la demande de brevet (2) est préféré dans le cas ou le fluide (f) est un gaz, par exemple un gaz inerte, un mélange de gaz inertes ou de l'air. Il nécessite la présence, dans le dispositif d'extrusion de la composition, de deux calibreurs courts se présentant généralement sous la forme de blocs métalliques disposés sur la face avant de la filière comprenant les fentes déterminées par les couteaux verticaux face avant qui peut être revêtue d'une plaque de matériau isolant comme mentionné plus haut. Ces calibreurs sont disposés de part et d'autre des fentes de la filière, l'un au-dessus de celles-ci et l'autre, en dessous. Ils sont généralement déplaçables verticalement et en sens opposés pour délimiter la hauteur des lamelles extrudées et par là, la hauteur de la structure alvéolaire finale. Dans chacun de ces calibreurs sont creusées deux chambres dont partent des conduits tubulaires qui se terminent par des orifices généralement circulaires débouchant à proximité des espaces compris entre les fentes de la filière et donc, lors de l'exécution du procédé selon l'invention, à proximité des espaces compris entre les lamelles extrudées. Chaque chambre de chacun de ces calibreurs est alternativement reliée à une pompe à 'vide ou à un circuit de gaz comprimé. On soumet ainsi, en alternances successives, les espaces compris entre deux lamelles extrudées adjacentes à une injection de gaz comprimé et à une dépression, les deux côtés d'une même lamelle étant, pour l'un, soumis à l'action du gaz comprimé et, pour
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l'autre, à l'action de la dépression, et inversement lors de l'alternance suivante, afin de réaliser la déformation des lamelles et leur soudure deux à deux avec formation, dans un plan sensiblement parallèle à la direction d'extrusion, d'une structure alvéolaire dont les alvéoles constitutives s'étendent perpendiculairement à la direction d'extrusion. Chaque calibreur est de préférence réglé à une température inférieure à -reni t , mais supérieure à Tstmct - moins 80 , de préférence à Tstru t moins 50 C, voire à Tstru t moins 25 C, ou Tstruct est une température structurelle qui correspond à Tg si la composition comprend un polymère amorphe et à Tm si la composition comprend un polymère semi cristallin. Selon ce mode de réalisation, le gaz peut être chauffé. La température du gaz est de préférence supérieure ou égale à la température de mise en oeuvre (Tn1e) de la matière plastique moins 100 C, de préférence à T1T1e moins 50 C, voire à Tme moins 20 C.
Le mode de réalisation pratique pour l'étape (b) décrit dans le brevet (1) s'applique de préférence aux polymères thermoplastiques (P) amorphes présentant une viscosité dynamique à l'état fondu, (mesurée de manière conventionnelle via des mesures des contrainte et déformation de cisaillement sur rhéogoniomètre) à leur température de mise en oeuvre (c'est-à-dire à la température à laquelle ils sont extrudés pour être transformés en structures alvéolaires) et sous une vitesse angulaire de 0,1 rad/s) inférieure à 2000 Pa.s., de inférieure à 1000 Pa.s. De préférence, ces polymères présentent en outre une Tg, mesurée de manière conventionnelle par DSC (selon la norme ISO 11357-2), inférieure à 60 C, de préférence inférieure à 50 C.
Des exemples non limitatifs de polymères amorphes pouvant répondre aux définitions et limitations ci-dessus sont les élastomères thermoplastiques, ainsi que leurs mélanges; les polyesters thermoplastiques et les homo- et copolymères dérivés du chlorure de vinyle, ainsi que leurs mélanges. Parmi les homo- et copolymères dérivés du chlorure de vinyle utilisables, on préfère plus particulièrement les homo- et copolymères plastifiés par des plastifiants monomériques ou polymériques. A titre d'exemples non limitatifs de pareils plastifiants, on peut mentionner les phtalates, les sébaçates, les adipates, les trimellitates, les pyromellitates, les citrates et les polyesters tels que la polyepsilon -caprolactone et leurs mélanges. Ces homo- et copolymères contiennent en général au moins 10 parties et jusqu'à 75 parties en poids de plastifiant pour 100 parties en poids de polymère. On peut également faire appel à des
-10- polymères du chlorure de vinyle dits à plastification interne obtenus par copolymérisation du chlorure de vinyle avec des comonomères plastifiants, tels que par exemple l'acrylate d'éthylhexyle, ou encore par copolymérisation avec greffage sur des polymères dits "élastifiants" tels que la poly- epsilon - caprolactone. Le mode de réalisation pratique pour l'étape (b) décrit dans la demande de brevet (2) est de préférence appliqué aux polymères thermoplastiques (P) présentant une viscosité en fondu (mesurée à la température de mise en oeuvre et 0.1 rad/s) supérieure ou égale à 2500 Pa.s, de préférence à 3000 Pa.s. Ce mode de réalisation pratique s'applique aussi avantageusement à des compositions dont le (les) polymère(s) constitutif(s) (P), semi-cristallin(s) ou amorphe(s) a (ont) une température de transition vitreuse (Tg) pouvant atteindre et même dépasser 80 C, de préférence comprise entre environ 40 et environ 60 C. Ce mode de réalisation pratique donne aussi de bons résultats avec des compositions de matières plastiques comprenant un agent d'expansion, tels que ceux mentionnés plus haut, qui permettent de réaliser des structures alvéolaires expansées ou moussées. En effet, le fait d'utiliser un gaz comprimé au lieu d'eau comme fluide (f) permet, de par le moindre refroidissement, d'améliorer l'étirage des cellules de la mousse et ce faisant, d'améliorer sa texture.
Les conditions opératoires des étapes (a) et (b) du procédé selon la présente invention sont adaptées notamment à la nature de la composition à base de matière plastique. On veillera notamment à adapter la température de cette composition à la sortie de la filière de manière à pouvoir réaliser la soudure des alvéoles, l'expansion de la composition le cas échéant etc. en l'absence de déformations dues à la pesanteur. On veillera également à adapter les valeurs de la pression et de la dépression alternées, ainsi que la durée des cycles, de manière à optimiser cette soudure. En pratique, on utilise de préférence une pression supérieure ou égale à 0.5 bar relatif, voire à 1.5 bar. Cette pression est généralement inférieure ou égale à 6 bar, voire à 4 bar ou même, à 2 bar. Quant à la dépression, celle-ci est généralement supérieure ou égale à 100 mm Hg absolu, voire à 400 mm Hg. Enfin, la durée des cycles (alternances pression/dépression) est généralement supérieure ou égale à 0.3 s, voire à 0.4 s, de préférence à 0.5 s. Cette durée est de préférence inférieure ou égale à 3 s, voire à 2 s et même, à 1 s.
L'exécution du procédé selon l'invention peut avantageusement comprendre, après la réalisation de l'étape (b) et avant la réalisation de
-11- l'étape (c), une étape optionnelle (b2) au cours de laquelle on amène la structure alvéolaire obtenue à l'étape (b) à une température (T1) telle que Tg < Ti < Tg + 40 C, Tg étant la température de transition vitreuse du polymère thermoplastique (P) s'il est amorphe, ou à une température (T2) telle que Tm> T2> Tm - 50 C, Tm étant la température de fusion du polymère thermoplastique (P) (mesurée selon la norme ASTM D 3417) s'il est semicristallin. L'étape (b2) peut être réalisée dans des conditions statiques ou dynamiques, c'est-à-dire qu'elle peut être pratiquée sur la structure alvéolaire immobilisée après son extrusion (et sa conformation) ou sur la structure alvéolaire maintenue en mouvement après son extrusion et sa conformation. L'étape (b2) peut être réalisée en mettant en oeuvre n'importe quel moyen connu pour le chauffage d'une matière plastique : on peut utiliser par exemple un four électrique, un four à combustible liquide ou solide, on peut chauffer la matière plastique par irradiation, par rayonnement infrarouge, etc. Dans le cas d'un polymère thermoplastique (P) amorphe, on préfère que T1 soit comprise entre (Tg + 10 C) et (Tg + 35 C). Si T1 est trop faible (typiquement : inférieure à la Tg du polymère), le polymère est trop visqueux et si T1 est trop importante, le polymère est trop fluide pour pouvoir être correctement mis en oeuvre par le procédé selon l'invention. Dans le cas d'un procédé continu (étape (b2) réalisée dans la foulée avec l'étape (b)), cette variante de l'invention implique généralement le ré-chauffage de la structure après son extrusion (étape (b)). Dans le cas d'un polymère thermoplastique (P) semi-cristallin, on préfère que T2 soit comprise entre (Tm - 10 C) et (Tm - 40 C). Si T2 est trop élevée, la tenue en fondu du polymère ne permet pas de le transformer correctement en la structure alvéolaire finale selon le procédé de l'invention. Typiquement, il fautapprocher la température de cristallisation du polymère. Dans le cas d'un procédé continu, cette variante de l'invention peut être réalisée sans réchauffage de la structure après son extrusion. Le procédé selon l'invention comprend une étape (c) au cours de laquelle on étire transversalement, c'est-à-dire perpendiculairement au sens de l'extrusion, la structure alvéolaire, de préférence thermiquement conditionnée selon l'étape optionnelle (b2). Il doit être entendu que le procédé selon l'invention ne se limite pas à la réalisation successive, dans l'ordre énoncé, des étapes optionnelle (b2) (lorsque celle-ci est réalisée) et (c) ; ces étapes peuvent
- 12 - être réalisées, au moins en partie, simultanément, sans pour autant que l'on sorte du cadre de l'invention. La portée de l'invention s'étend aussi aux procédés dans lesquels on stocke ou entrepose d'abord une structure alvéolaire fabriquée en continu selon les étapes successives (a) et (b) pour la soumettre ensuite, successivement ou, au moins partiellement, simultanément aux étapes optionnelle (b2) et (c). Enfin, la portée de l'invention s'étend aussi aux procédés dans lesquels on pratique au cours de l'étape (c), successivement ou simultanément, un étirage transversal (perpendiculairement au sens de l'extrusion) et un étirage longitudinal (parallèlement au sens de l'extrusion).
Quel que soit le mode pratique de réalisation retenu pour l'étape (c), le taux d'étirage transversal auquel on soumet la structure alvéolaire au cours de l'étape (c), exprimé par le rapport entre la largeur utile finale de la structure alvéolaire après étirage et sa largeur initiale, est au moins 1,2 / 1, de préférence 1,5 / 1, particulièrement 2/1, voire 2,5 / 1. L'étirage peut se faire par toutes les techniques connues. On peut par exemple utiliser les lignes d'étirage commercialisées par la société Bruckner Maschinenebau Gmbh , dans lesquelles on peut pratiquer simultanément ou successivement un étirage transversal et un étirage longitudinal de la structure alvéolaire. Les lignes d'étirage se composent généralement d'un système de chaînes sur lesquelles sont placées des mâchoires qui pincent la structure alvéolaire par ses deux extrémités latérales et qui s'écartent pendant l'avancement de la dite structure alvéolaire, dès que celle-ci a atteint la température fixée à l'étape (b2) - lorsque l'on procède à cette dernière - cette température pouvant être atteinte, comme il a été dit, avant ou au cours de l'étape (c). Par largeur utile après étirage on entend la largeur commercialisable hors mâchoires d'étirage. Les conditions pratiques de l'étirage, transversal et éventuellement longitudinal, exercé au cours de l'étape (c), sont de préférence choisies de manière à ce que le rapport entre les modules apparents en flexion mesurés sur la structure alvéolaire finale (test de flexion 3 points selon la norme ISO 1209-2), parallèlement au sens de l'extrusion (sens longitudinal) et perpendiculairement au sens de l'extrusion (sens transversal) soit inférieur à 10, de préférence inférieur à 5, tout particulièrement inférieur à 2. Ce rapport peut même, dans le cas de structures alvéolaires à base de certains polymères thermoplastiques (P) semi-cristallins, tels que le PP par exemple, être inférieur à l'unité. Quelques essais de routine suffisent à l'homme du métier pour déterminer ces conditions pratiques d'étirage en fonction du rapport entre modules apparents souhaité.
- 13 - Après l'étape d'étirage (e), l'épaisseur de la structure alvéolaire peut être égalisée (c'est-à-dire que la hauteur des alvéoles constitutives peut être rendue uniforme) à l'aide de tout dispositif approprié, tel que des cylindres chauffés par exemple. La structure alvéolaire obtenue peut être refroidie par l'air ambiant, par soufflage d'un jet d'air froid, par nébulisation d'un brouillard d'eau, etc. Un jet d'air froid donne de bons résultats. Après refroidissement, les lisières qui avaient été éventuellement mordues par les mâchoires de la ligne d'étirage peuvent être découpées et recyclées. La structure alvéolaire obtenue peut ensuite être reprise par un train de traction ( take off ). La vitesse de traction et le débit d'extrusion seront optimisés en fonction notamment de la taille et de l'épaisseur des alvéoles, ainsi que de la forme souhaitée. A la sortie du take off , la structure alvéolaire finale peut aisément être enroulée sur un dévidoir. Alternativement, elle peut être soumise à un traitement de surface (corona par exemple), afin d'en améliorer les propriétés d'adhérence notamment, et être doublée d'un non tissé ou de plaques de finition inférieure et supérieure. A la fin de ces opérations optionnelles, le panneau final est découpé tant en longueur que transversalement en des plaques de dimensions voulues et stocké.
Les déchets de production peuvent être prélevés soit avant les opérations de finition, soit après, et être recyclés dans la production. La forme des alvéoles de la structure formée par le procédé de l'invention est le plus souvent approximativement polygonale, de préférence approximativement hexagonale, les côtés du polygone formés étant non isométriques, c'est-à-dire que les longueurs de ces côtés sont inégales. Ces alvéoles généralement hexagonales ont le plus souvent un rapport entre leur longueur L (dans la direction de l'extrusion) et leur largeur 1 (dans le plan d'extrusion mais selon une direction perpendiculaire à celle de l'extrusion) inférieur à 2,5, de préférence inférieur à 1,5, voire égal à 1.
La longueur L des alvéoles est généralement supérieure ou égale à 10 mm, voire à 15 mm, mais généralement inférieure ou égale à 30 mm. Quant à l'épaisseur de paroi des alvéoles, celle-ci est conditionnée par l'épaisseur des parois de la structure alvéolaire de base et par les taux d'étirage imposé durant les étirages transversal et éventuellement longitudinal. En pratique, elle est généralement supérieure ou égale à 100 m, voire à 200 ou à 250 m. Elle ne dépasse toutefois avantageusement pas 1 mm, voire 0.8 et de -14- préférence, 0.6 mm sous peine d'alourdir la structure. La limite inférieure dépend en fait du mode de réalisation de la filière permettant de produire la structure alvéolaire de base et des taux d'étirage retenus. Un des avantages du procédé selon l'invention réside dans le fait que, quelques soient les conditions d'étirage, l'épaisseur des parois de la structure alvéolaire étirée n'est pas inférieure à 90 % de l'épaisseur des parois de la structure alvéolaire de base, de préférence pas inférieure à 95 % de cette épaisseur. Il ressort de ce qui précède que la présente invention permet d'obtenir des structures alvéolaires dont la longueur est variable dans une très vaste mesure, et ce avec une large gamme de compositions à base de matière plastique et présentant des compositions adaptées. Les structures alvéolaires obtenues par le procédé selon l'invention sont avantageusement utilisées dans le bâtiment (sols, plafond allégés, cloisons, portes, coffrets à béton...), l'ameublement, l'emballage (protections latérales, enrobage d'objets, ...), l'automobile (plage arrière, intérieur de portière, ...)... Ces structures conviennent particulièrement bien pour l'ameublement et le bâtiment, par exemple pour la construction d'abris permanents (habitations) ou temporaires (tentes rigides ou abris humanitaires par exemple). Elles conviennent bien également en tant que constituants de sols de salles de sports. Elles peuvent y être utilisées telles quelles ou en sandwich entre deux plaques dites de finition. La dernière variante est avantageuse et dans ce cas, on peut fabriquer ledit sandwich par soudure, collage... ou toute autre méthode d'assemblage des plaques et de l'âme (utilisée froide ou chaude, juste après extrusion) qui convient pour les matières plastiques. Une manière avantageuse de fabriquer ledit sandwich consiste à souder les plaques de finition sur l'âme alvéolaire. Tout procédé de soudure peut convenir à cet effet, les procédés par rayonnement électromagnétique donnant de bons résultats dans le cas de structures/plaques au moins partiellement transparentes au rayonnement électromagnétique. Un tel procédé est décrit dans la demande FR 03.08843.
La présente invention est illustrée de manière non limitative par les exemples suivants : Exemple IR (comparatif, non conforme à l'invention)
- 15 - On a procédé à l'extrusion d'une structure alvéolaire d'une largeur de 25 cm et d'une hauteur de 10 mm dans les conditions et avec le dispositif décrits ci-après. • Extrudeuse SCAMEX 45 munie de 5 zones de chauffage distinctes (Z1 à Z5) et équipée d'une filière plate de 260 mm de large, équipée de couteaux en acier inoxydable dont la face avant est revêtue de matériau isolant en polyimide, de calibreurs en acier inoxydable d'une longueur de 18 mm, d'un générateur d'air comprimé et d'une pompe à vide. La distance entre les couteaux est de 0.3 mm. • Profil de température dans l'extrudeuse : Z1 130 C Z2 180 C Z3 190 C Z4 : 190 C Z5 : 192 C • Composition : à base de PVC, commercialisée par SOLVIN sous la dénomination BENVIC IR047 • Température matière à l'entrée de la filière : 190 C • Températures de la filière comprenant 4 zones : joues latérales : 192 C zone centrale : 182 C lèvres : 192 C • Pression d'extrusion : 134 bars • Vitesse de vis : 40 tr/min • Pression de l'air comprimé : 1,2 bars absolus • Vide : 700 mm Hg • Durée des cycles de pression/dépression : 1.25 sec/1.25 sec • Vitesse de traction longitudinale : 1 m/min On a obtenu une structure alvéolaire ayant les propriétés suivantes : masse volumique apparente : 0.185 kg/dm3 • longueur des alvéoles : 21 mm • largeur des alvéoles : 8 mm Un test de flexion 3 points selon la norme ISO 1209-2 a été réalisé sur cette structure, parallèlement au sens de l'extrusion et perpendiculairement au sens de l'extrusion. Les modules apparents en flexion mesurés sont : û parallèlement au sens de l'extrusion (sens longitudinal) : 2.6 MPa
-16- - perpendiculairement au sens de l'extrusion (sens transversal) : 135.6 MPa On voit donc que le module en flexion de la structure alvéolaire est nettement plus élevé dans le sens transversal que dans le sens longitudinal, empêchant de les enrouler sur un dévidoir, car quand on veut les courber longitudinalement, elles se déforment transversalement. Exemple 2 (selon l'invention) La structure alvéolaire formée à la sortie du dispositif décrit dans l'exemple 1 est étirée transversalement sur une machine d'étirage KARO dans les conditions suivantes : . Température du four : 110 C • Température de la matière : 107 C • Temps de conditionnement : 8 minutes • Pourcentage d'étirage : 100 % Le produit obtenu présente les caractéristiques suivantes : • masse volumique apparente : 0.098 kg/dm3 • longueur des alvéoles : 21 mm • largeur des alvéoles : 16 mm Un test de flexion 3 points (norme ISO 1209-2), réalisé sur cette structure parallèlement et perpendiculairement au sen de l'extrusion donne les résultats suivants : module en flexion mesuré parallèlement au sens de l'extrusion : 12 MPa ; module en flexion mesuré perpendiculairement au sens de l'extrusion : 8.7 MPa On voit donc que le procédé selon l'invention permet d'obtenir une structure alvéolaire plus légère, dont les dimensions des alvéoles constitutives sont plus isométriques et dont les module en flexion dans le sens longitudinal et dans le sens transversal sont du même ordre de grandeur, permettant leur enroulement sur un dévidoir. Exemple 3R (comparatif, non conforme à l'invention) On a procédé à l'extrusion d'une structure alvéolaire d'une largeur de 25 cm et d'une hauteur de 5 mm dans les conditions générales et avec le dispositif décrits à l'exemple 1R, mais dans les conditions particulières ci-après : • Pression d'extrusion : 142 bars • Pression de l'air comprimé : 1,4 bars absolus • Durée des cycles de pression/dépression : 0.7 sec/0.7 sec • Vitesse de traction longitudinale : 1,8 m/min On a obtenu une structure alvéolaire ayant les propriétés suivantes : -17- masse volumique apparente : 0.193 kg/dm3 ^ longueur des alvéoles : 22 mm • largeur des alvéoles : 8 mm Un test de flexion 3 points (norme ISO 1209-2), réalisé sur cette structure 5 parallèlement et perpendiculairement au sen de l'extrusion donne les résultats suivants : module en flexion mesuré parallèlement au sens de l'extrusion : 1,3 MPa ; module en flexion mesuré perpendiculairement au sens de l'extrusion : 181,5 MPa. 10 On constate donc à nouveau que le module en flexion de la structure alvéolaire est nettement plus élevé dans le sens transversal que dans le sens longitudinal. Exemple 4 (selon l'invention) La structure alvéolaire formée à la sortie du dispositif décrit dans 15 l'exemple 3R est étirée transversalement sur une machine d'étirage KARO dans les conditions énoncées à l'exemple 2. Le produit obtenu présente les caractéristiques suivantes : • masse volumique apparente : 0,108 kg/dm3 • longueur des alvéoles : 22 mm 20 • largeur des alvéoles : 14 mm Un test de flexion 3 points (norme ISO 1209-2), réalisé sur cette structure parallèlement et perpendiculairement au sen de l'extrusion donne les résultats suivants : module en flexion mesuré parallèlement au sens de l'extrusion : 26,8 MPa ; 25 module en flexion mesuré perpendiculairement au sens de l'extrusion : 22,5 MPa On voit à nouveau les avantages obtenus par le procédé selon l'invention : structure alvéolaire plus légère, dimensions plus isométriques des alvéoles constitutives, module en flexion dans le sens longitudinal et dans le sens transversal du même ordre de grandeur. 30 Exemple 5R (comparatif, non conforme à l'invention) On a procédé à l'extrusion d'une structure alvéolaire d'une largeur de 25 cm et d'une hauteur de 10 mm dans les conditions générales et avec le dispositif décrits à l'exemple 1R, mais dans les conditions particulières ci-après. • Profil de température dans l'extrudeuse : 35 Z1:130 C Z2 : 180 C
-18- Z3 : 190 C Z4 : 190 C Z5 : 192 C • Composition : à base de PP, commercialisée par INNOVENE sous la dénomination 201 GB 02 • Température matière à l'entrée de la filière : 180 C • Températures de la filière comprenant 4 zones : joues latérales : 180 C zone centrale : 180 C lèvres : 180 C • Pression d'extrusion : 95 bars • Pression de l'air comprimé : 1 bar absolu • Vide : 800 mm Hg • Durée des cycles de pression/dépression : 1.9 sec/1.9 sec • Vitesse de traction longitudinale : 0.5 m/min On a obtenu une structure alvéolaire ayant les propriétés suivantes : masse volumique apparente : 0.108 kg/dm3 • longueur des alvéoles : 20 mm • largeur des alvéoles : 8 mm Un test de flexion 3 points (norme ISO 1209-2), réalisé sur cette structure parallèlement et perpendiculairement au sen de l'extrusion donne les résultats suivants : module en flexion mesuré parallèlement au sens de l'extrusion : 0,2 MPa ; module en flexion mesuré perpendiculairement au sens de l'extrusion : 40,3 MPa Exemple 6 (conforme à l'invention) La structure alvéolaire formée à la sortie du dispositif décrit dans l'exemple 5 est étirée transversalement sur une machine d'étirage KARO dans les conditions suivantes. . Température du four : 130 C • Température de la matière : 127 C • Temps de conditionnement : 8 minutes • Pourcentage d'étirage : 100 % Le produit obtenu présente les caractéristiques suivantes : • masse volumique apparente : 0. 060 kg/dm3 • longueur des alvéoles : 17 mm • largeur des alvéoles : 17 mm
-19- Un test de flexion 3 points (norme ISO 1209-2), réalisé sur cette structure parallèlement et perpendiculairement au sen de l'extrusion donne les résultats suivants: module en flexion mesuré parallèlement au sens de l'extrusion : 1,4 MPa ; module en flexion mesuré perpendiculairement au sens de l'extrusion : 2,6 MPa Une fois de plus, cet exemple illustre les avantages obtenus par le procédé selon l'invention, cette fois dans le cas d'un polymère semi-cristallin : la structure alvéolaire est plus légère, les dimensions des alvéoles sont plus isométriques et les modules en flexion dans les sens longitudinal et transversal sont du même ordre de grandeur.

Claims (10)

REVENDICATIONS
1 - Procédé pour la fabrication d'une structure alvéolaire à base de matière plastique comprenant : - une étape (a) au cours de laquelle on extrude en continu, à travers une filière contenant une pluralité de fentes parallèles, des lamelles parallèles d'une composition à base d'au moins un polymère thermoplastique (P) choisi parmi les polymères amorphes et semi-cristallins ; - une étape (b) au cours de laquelle on soumet, dès la sortie de la filière et en alternances successives, les espaces compris entre deux lamelles adjacentes à une injection d'un fluide (f) et à une dépression, les deux côtés d'une même lamelle étant, pour l'un, soumis à l'action du fluide (f) et, pour l'autre, à l'action de la dépression, et inversement lors de l'alternance suivante, afin de réaliser la déformation des lamelles et leur soudure deux à deux avec formation, dans un plan sensiblement parallèle à la direction d'extrusion, d'une structure alvéolaire dont les alvéoles constitutives s'étendent perpendiculairement à la direction d'extrusion ; - une étape (c) au cours de laquelle on étire la structure alvéolaire obtenue à l'étape (b) perpendiculairement au sens de l'extrusion.
2 - Procédé pour la fabrication d'une structure alvéolaire selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le fluide (f) est un liquide de refroidissement de la structure alvéolaire en cours de formation
3 - Procédé pour la fabrication d'une structure alvéolaire selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le liquide de refroidissement est l'eau.
4 - Procédé pour la fabrication d'une structure alvéolaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide (f) est un gaz.
5 - Procédé pour la fabrication d'une structure alvéolaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape (b2) au cours de laquelle on amène la structure alvéolaire obtenue à l'étape (b) à une température (T1) telle que Tg < T1 < Tg + 40 C, T g -21- étant la température de transition vitreuse du polymère thermoplastique (P) s'il est amorphe, ou à une température (T2) telle que Tm > T2 > Tm - 50 C, Tm étant la température de fusion du polymère thermoplastique (P) s'il est semi-cristallin.
6 - Procédé pour la fabrication d'une structure alvéolaire selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le polymère thermoplastique (P) est amorphe et en ce que la température (Ti) est telle que Tg+10 C<Tl<Tg+35 C.
7 - Procédé pour la fabrication d'une structure alvéolaire selon la revendication 5, caractérisé en ce que le polymère thermoplastique (P) est semi- cristallin et en ce que la température (T2) est telle que Tm-10 C<T2<Tm-40 C.
8 - Procédé pour la fabrication d'une structure alvéolaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on pratique, au cours de l'étape (d), successivement ou simultanément à l'étirage perpendiculairement au sens de l'extrusion, un étirage parallèlement au sens de 1' extrusion.
9 - Procédé pour la fabrication d'une structure alvéolaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le taux d'étirage perpendiculaire au sens de l'extrusion auquel on soumet la structure alvéolaire au cours de l'étape (c), exprimé par le rapport entre la largeur utile finale de la structure alvéolaire après étirage et sa largeur initiale, est au moins égal à 1,2 / 1.
10 - Procédé pour la fabrication d'une structure alvéolaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les conditions de l'étirage exercé au cours de l'étape (c) sont choisies de manière que le rapport entre les modules apparents en flexion mesurés sur la structure alvéolaire finale, parallèlement au sens de l'extrusion (sens longitudinal) et perpendiculairement au sens de l'extrusion (sens transversal), est inférieur à 10.
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