FR3138449A1 - METHOD FOR ASSEMBLY OF AN NON-STICK FILM ON A METAL SUBSTRATE BY HOT STRIKING - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un procédé de fabrication d’un élément de cuisson revêtu (1) comprenant les étapes suivantes : i. Fourniture d’un substrat métallique (2) présentant une face (2a), destinée à être revêtue par un film (3) ; ii. Fourniture dudit film (3), ledit film (3) comprenant une couche (3a) destinée à être mise en contact avec ladite face (2a) dudit substrat métallique (2), ladite couche (3a) comprenant : de 0 % à moins de 50% en poids de polytétrafluoroéthylène (PTFE) ;plus de 50% en poids d’un ou plusieurs polymères thermoplastiques semi-cristallins ou amorphes différents du PTFE ; les pourcentages étant exprimés par rapport au poids total de PTFE et dudit ou desdits polymères thermoplastiques semi-cristallins ou amorphes ; iii. Chauffage dudit substrat métallique (2) ; iv. Positionnement dudit film (3) de sorte que la couche (3a) soit en regard de ladite face (2a) du substrat métallique (2) chauffé lors de l’étape iii. ; v. Réalisation de l’assemblage dudit substrat métallique (2) et dudit film (3) par frappe à chaud, ledit substrat métallique (2) étant à une température supérieure à la température la plus faible parmi les points de fusion du PTFE, des polymères thermoplastiques semi-cristallins et les températures de transition vitreuse (Tg) des polymères thermoplastiques amorphes de la couche (3a) au moment de l’assemblage. Figure pour abrégé : Figure 1The invention relates to a method for manufacturing a coated cooking element (1) comprising the following steps: i. Supply of a metal substrate (2) having a face (2a), intended to be coated with a film (3); ii. Supply of said film (3), said film (3) comprising a layer (3a) intended to be brought into contact with said face (2a) of said metal substrate (2), said layer (3a) comprising: from 0% to less than 50% by weight of polytetrafluoroethylene (PTFE); more than 50% by weight of one or more semi-crystalline or amorphous thermoplastic polymers other than PTFE; the percentages being expressed relative to the total weight of PTFE and said semi-crystalline or amorphous thermoplastic polymer(s); iii. Heating said metal substrate (2); iv. Positioning of said film (3) so that the layer (3a) faces said face (2a) of the metal substrate (2) heated during step iii. ; v. Carrying out the assembly of said metal substrate (2) and said film (3) by hot stamping, said metal substrate (2) being at a temperature higher than the lowest temperature among the melting points of PTFE, thermoplastic polymers semi-crystalline and the glass transition temperatures (Tg) of the amorphous thermoplastic polymers of layer (3a) at the time of assembly. Figure for abstract: Figure 1
Description
La présente invention concerne le domaine des procédés d’obtention d’éléments de cuisson revêtus par un film polymérique antiadhésif.The present invention relates to the field of processes for obtaining cooking elements coated with a non-stick polymer film.
Dans l’industrie des articles culinaires comportant une surface de cuisson antiadhésive, les performances des revêtements antiadhésifs ainsi que la mise au point de procédés d’obtention de tels revêtements constituent des préoccupations importantes.In the cookware industry with a non-stick cooking surface, the performance of non-stick coatings as well as the development of processes for obtaining such coatings constitute important concerns.
De manière conventionnelle, un substrat métallique est d'abord mis en forme pour constituer un ustensile de cuisine, puis la surface intérieure de l'ustensile de cuisine est revêtue d'une résine fluorée ayant une excellente résistance à la chaleur telle que le polytétrafluoroéthylène (PTFE) ou le tétrafluoroéthylène-perfluoroalkyl vinyl éther (PFA) au moyen d’un procédé de revêtement par pulvérisation liquide ou un procédé de revêtement par poudre. Une alternative consiste à revêtir le substrat puis à mettre en forme le substrat ainsi revêtu.Conventionally, a metal substrate is first shaped to form a kitchen utensil, then the interior surface of the kitchen utensil is coated with a fluorinated resin having excellent heat resistance such as polytetrafluoroethylene ( PTFE) or tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether (PFA) by means of a liquid spray coating process or a powder coating process. An alternative consists of coating the substrate and then shaping the substrate thus coated.
Le procédé de revêtement par pulvérisation liquide présente un certain nombre d’inconvénients. Lorsque le substrat métallique présente une forme incurvée, il est difficile d’obtenir un revêtement d’épaisseur uniforme. Le procédé de revêtement par pulvérisation liquide implique par ailleurs l’utilisation de solvants ou de composés organiques volatils qui s’évaporent lors du procédé et qui doivent être récupérés et recyclés. D’un point de vue environnemental, un procédé sans solvant et sans composé organique volatil est préféré. D’autre part, l’épaisseur de revêtement est limitée. Des craquelures sont susceptibles d’apparaître lorsque l’épaisseur du revêtement est trop importante.The liquid spray coating process has a number of disadvantages. When the metal substrate has a curved shape, it is difficult to obtain a uniform thickness coating. The liquid spray coating process also involves the use of solvents or volatile organic compounds that evaporate during the process and must be recovered and recycled. From an environmental point of view, a process without solvent and without volatile organic compounds is preferred. On the other hand, the coating thickness is limited. Cracks are likely to appear when the thickness of the coating is too great.
Le procédé de revêtement par poudre présente lui aussi des inconvénients. Le revêtement obtenu présente des défauts, de type tête d’épingle, pouvant conduire à une diminution du caractère antiadhésif.The powder coating process also has disadvantages. The coating obtained has defects, of the pinhead type, which can lead to a reduction in the non-stick character.
Les revêtements obtenus selon ces 2 procédés peuvent présenter une rugosité de surface importante pouvant poser des problèmes de nettoyage, certains résidus de cuisson pouvant persister à la surface du revêtement même après plusieurs lavages.The coatings obtained according to these 2 processes may have significant surface roughness which may pose cleaning problems, as certain cooking residues may persist on the surface of the coating even after several washes.
Afin de pallier les inconvénients mentionnés ci-dessus, l’état de la technique décrit des substrats métalliques revêtus de films fluorés par laminage.In order to overcome the disadvantages mentioned above, the state of the art describes metal substrates coated with fluorinated films by lamination.
La demande de brevet KR20150030719 décrit un ustensile de cuisine comprenant un corps incluant un substrat métallique sur lequel est laminé un film d’une résine fluorée. Un procédé d’obtention d’un ustensile de cuisine est également décrit. Dans l’exemple 1, un film multicouches PTFE est utilisé sans information sur la nature des couches. L’opération de laminage du film sur le substrat n’est pas décrite.Patent application KR20150030719 describes a kitchen utensil comprising a body including a metal substrate on which a film of a fluorinated resin is laminated. A process for obtaining a kitchen utensil is also described. In example 1, a multilayer PTFE film is used without information on the nature of the layers. The operation of laminating the film onto the substrate is not described.
La demande KR20160099388 décrit le procédé d’obtention d’un substrat métallique revêtu d’un film fluoré (dépourvu d’une couche de primaire comprenant un composé organique ou d’un adhésif). Le film fluoré est un film multicouches obtenu par dépôt successif sur un support d’une dispersion aqueuse des constituants de la couche (résine fluorée et éventuellement une charge inorganique) qui est séchée et frittée. Le film multicouches est ensuite ôté de son support et positionné sur le substrat métallique avant assemblage. La couche du film fluoré en contact avec le métal est constituée de PTFE et d’une résine choisie parmi le FEP, PFA, TFM, MFA (ou leur mélange) qui a de bonnes propriétés d’écoulement, permettant ainsi une bonne adhésion, ce que ne permet pas le PTFE. L’assemblage substrat métallique / film fluoré est réalisé par compression thermique, dans une presse en statique ou bien entre des rouleaux (procédé roll-to-roll). Dans le procédé d’assemblage en statique, le substrat et le film sont tous les deux chauffés à une température comprise entre 300°C et 410°C avec une pression appliquée de 100 à 800 psi (soit entre 0,7 MPa et 5,6 MPa). Dans le procédé d’assemblage entre des rouleaux (difficile à mettre en œuvre lorsque le substrat métallique est d’épaisseur importante), le substrat et le film sont tous les deux chauffés à une température comprise entre 330°C et 420°C avec une pression appliquée comprise entre 2 et 15 MPa.Application KR20160099388 describes the process for obtaining a metal substrate coated with a fluorinated film (devoid of a primer layer comprising an organic compound or an adhesive). The fluorinated film is a multilayer film obtained by successive deposition on a support of an aqueous dispersion of the constituents of the layer (fluorinated resin and possibly an inorganic filler) which is dried and sintered. The multilayer film is then removed from its support and positioned on the metal substrate before assembly. The layer of the fluorinated film in contact with the metal is made up of PTFE and a resin chosen from FEP, PFA, TFM, MFA (or their mixture) which has good flow properties, thus allowing good adhesion, this which PTFE does not allow. The metal substrate/fluorinated film assembly is carried out by thermal compression, in a static press or between rollers (roll-to-roll process). In the static bonding process, both the substrate and the film are heated to a temperature between 300°C and 410°C with an applied pressure of 100 to 800 psi (i.e. between 0.7 MPa and 5.0 MPa). 6 MPa). In the assembly process between rollers (difficult to implement when the metal substrate is very thick), the substrate and the film are both heated to a temperature between 330°C and 420°C with a applied pressure between 2 and 15 MPa.
Dans les deux variantes de procédé, la pression appliquée lors de l’assemblage est de quelques MPa et la température de mise en œuvre est limitée par la température de dégradation du film fluoré (en particulier du PTFE qui commence dès 420°C). Les cadences d’assemblage du film polymère et du substrat métallique sont donc limitées par les paramètres du procédé d’assemblage.In the two process variants, the pressure applied during assembly is a few MPa and the implementation temperature is limited by the degradation temperature of the fluorinated film (in particular PTFE which starts at 420°C). The assembly rates of the polymer film and the metal substrate are therefore limited by the parameters of the assembly process.
D’un point de vue industriel, reste le besoin de développer des procédés d’assemblage d’un film polymérique sur un substrat métallique qui soient plus avantageux en termes de temps d’assemblage sans engendrer une diminution de la qualité d’adhésion dudit film sur ledit substrat et sans générer de dégradation dudit film.From an industrial point of view, there remains the need to develop methods of assembling a polymeric film on a metal substrate which are more advantageous in terms of assembly time without causing a reduction in the adhesion quality of said film. on said substrate and without generating degradation of said film.
La demanderesse a ainsi mis au point un procédé de fabrication d’un élément de cuisson revêtu par assemblage par frappe à chaud d’un substrat métallique et d’un film polymérique.The applicant has thus developed a process for manufacturing a coated cooking element by hot stamping assembly of a metal substrate and a polymer film.
Les inventeurs ont découvert que le procédé selon l’invention permet de réaliser un assemblage rapide entre un substrat métallique et un film polymérique comprenant majoritairement un ou plusieurs polymères thermoplastiques semi-cristallins ou amorphes différents du PTFE dans la couche en contact avec le substrat métallique tout en assurant une bonne adhésion du film sur ledit substrat.The inventors have discovered that the method according to the invention makes it possible to carry out rapid assembly between a metallic substrate and a polymeric film comprising mainly one or more semi-crystalline or amorphous thermoplastic polymers other than PTFE in the layer in contact with the metallic substrate while by ensuring good adhesion of the film to said substrate.
Contrairement au procédé habituel d’assemblage de films de fluoropolymères sur métal tel que le pressage à chaud, seul le substrat est chauffé préalablement à l’assemblage selon le procédé de la présente invention. Le film polymérique est chauffé essentiellement par conduction lors de la mise en contact avec le substrat au moment de l’assemblage, puis est refroidi du fait de l’inertie thermique des outils d’assemblage qui restent à une température inférieure à la température de chauffe du substrat métallique.Unlike the usual process for assembling fluoropolymer films on metal such as hot pressing, only the substrate is heated prior to assembly according to the process of the present invention. The polymeric film is heated essentially by conduction when it comes into contact with the substrate at the time of assembly, then is cooled due to the thermal inertia of the assembly tools which remain at a temperature lower than the heating temperature. of the metal substrate.
Lors de l’assemblage, il est ainsi possible de chauffer très localement, notamment à l’interface substrat-film, le film polymérique comprenant majoritairement un ou plusieurs polymères thermoplastiques semi-cristallins ou amorphes différents du PTFE dans la couche en contact avec le substrat métallique à une température au-delà de sa température de fusion et ce pendant un temps très court, ce qui n’engendre pas de dégradation du film.During assembly, it is thus possible to heat very locally, in particular at the substrate-film interface, the polymer film mainly comprising one or more semi-crystalline or amorphous thermoplastic polymers different from PTFE in the layer in contact with the substrate. metal at a temperature above its melting temperature for a very short time, which does not cause degradation of the film.
La mise en œuvre de cette température élevée combinée à la pression appliquée lors de la frappe permet de réaliser l’assemblage du film polymérique et du substrat métallique en un temps beaucoup plus court que selon les procédés classiques d’assemblage de films polymères sur des substrats métalliques tels que le pressage à chaud.The use of this high temperature combined with the pressure applied during striking makes it possible to assemble the polymer film and the metal substrate in a much shorter time than according to conventional methods of assembling polymer films on substrates. metal such as hot pressing.
L’invention concerne ainsi un procédé de fabrication d’un élément de cuisson revêtu (1) comprenant les étapes suivantes :The invention thus relates to a method of manufacturing a coated cooking element (1) comprising the following steps:
i. Fourniture d’un substrat métallique (2) présentant une face (2a), destinée à être revêtue par un film (3) ;i. Supply of a metal substrate (2) having a face (2a), intended to be coated with a film (3);
ii. Fourniture dudit film (3), ledit film (3) comprenant une couche (3a) destinée à être mise en contact avec ladite face (2a) dudit substrat métallique (2), ladite couche (3a) comprenant :
- de 0 % à moins de 50% en poids de polytétrafluoroéthylène (PTFE) ;
- plus de 50% en poids d’un ou plusieurs polymères thermoplastiques semi-cristallins ou amorphes différents du PTFE ;
- from 0% to less than 50% by weight of polytetrafluoroethylene (PTFE);
- more than 50% by weight of one or more semi-crystalline or amorphous thermoplastic polymers other than PTFE;
les pourcentages étant exprimés par rapport au poids total de PTFE et dudit ou desdits polymères thermoplastiques semi-cristallins ou amorphes ;the percentages being expressed relative to the total weight of PTFE and said semi-crystalline or amorphous thermoplastic polymer(s);
iii. Chauffage dudit substrat métallique (2) ;iii. Heating said metal substrate (2);
iv. Positionnement dudit film (3) de sorte que la couche (3a) soit en regard de ladite face (2a) du substrat métallique (2) chauffé lors de l’étape iii. ;iv. Positioning of said film (3) so that the layer (3a) faces said face (2a) of the metal substrate (2) heated during step iii. ;
v. Réalisation de l’assemblage dudit substrat métallique (2) et dudit film (3) par frappe à chaud, ledit substrat métallique (2) étant à une température supérieure à la température la plus faible parmi les points de fusion du PTFE, des polymères thermoplastiques semi-cristallins et les températures de transition vitreuse (Tg) des polymères thermoplastiques amorphes de la couche (3a) au moment de l’assemblage.v. Carrying out the assembly of said metal substrate (2) and said film (3) by hot stamping, said metal substrate (2) being at a temperature higher than the lowest temperature among the melting points of PTFE, thermoplastic polymers semi-crystalline and the glass transition temperatures (Tg) of the amorphous thermoplastic polymers of layer (3a) at the time of assembly.
L’invention concerne également un procédé de mise en forme d’un élément de cuisson revêtu (1) tel que décrit ci-dessus comprenant une étape (a) d’emboutissage de l’élément de cuisson revêtu (1) obtenu à l’issue de l’étape (v).The invention also relates to a method of shaping a coated cooking element (1) as described above comprising a step (a) of stamping the coated cooking element (1) obtained by resulting from step (v).
D’autres aspects de l’invention sont tels que décrits ci-dessous et dans les revendications.Other aspects of the invention are as described below and in the claims.
DéfinitionsDefinitions
Par le terme « film », il faut comprendre au sens de la présente invention un ensemble constitué d’une ou de plusieurs couches superposées destiné à être assemblé avec le substrat métallique. Le terme « film » correspond également audit ensemble une fois assemblé avec le substrat métallique.The term “film” means, within the meaning of the present invention, an assembly consisting of one or more superimposed layers intended to be assembled with the metal substrate. The term “film” also corresponds to said assembly once assembled with the metal substrate.
Par le terme « couche », il faut comprendre au sens de la présente invention une couche continue. Une couche continue (ou également appelée couche monolithique) est un tout unique formant un aplat total recouvrant complètement la surface sur laquelle elle est posée ou va être posée.The term “layer” means, in the sense of the present invention, a continuous layer. A continuous layer (or also called a monolithic layer) is a single whole forming a total flat surface completely covering the surface on which it is placed or will be placed.
Par « frappe à chaud », s’entend au sens de la présente invention du procédé d’assemblage du substrat métallique (2) préalablement chauffé et du film (3) entre un outil inférieur et un outil supérieur.For the purposes of the present invention, “hot stamping” means the process of assembling the metal substrate (2) previously heated and the film (3) between a lower tool and an upper tool.
Par « alliage d’aluminium », s’entend au sens de la présente invention un alliage d’aluminium de série 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 7000 et 8000.For the purposes of the present invention, “aluminum alloy” means an aluminum alloy of series 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 7000 and 8000.
Les inventeurs ont mis au point un procédé de fabrication répondant aux besoins exprimés.The inventors have developed a manufacturing process meeting the needs expressed.
L’invention concerne un procédé de fabrication d’un élément de cuisson revêtu (1) comprenant les étapes suivantes :The invention relates to a method of manufacturing a coated cooking element (1) comprising the following steps:
i. Fourniture d’un substrat métallique (2) présentant une face (2a), destinée à être revêtue par un film (3) ;i. Supply of a metal substrate (2) having a face (2a), intended to be coated with a film (3);
ii. Fourniture dudit film (3), ledit film (3) comprenant une couche (3a) destinée à être mise en contact avec ladite face (2a) dudit substrat métallique (2), ladite couche (3a) comprenant :
- de 0 % à moins de 50% en poids de polytétrafluoroéthylène (PTFE) ;
- plus de 50% en poids d’un ou plusieurs polymères thermoplastiques semi-cristallins ou amorphes différents du PTFE ;
- from 0% to less than 50% by weight of polytetrafluoroethylene (PTFE);
- more than 50% by weight of one or more semi-crystalline or amorphous thermoplastic polymers other than PTFE;
les pourcentages étant exprimés par rapport au poids total de PTFE et dudit ou desdits polymères thermoplastiques semi-cristallins ou amorphes ;the percentages being expressed relative to the total weight of PTFE and said semi-crystalline or amorphous thermoplastic polymer(s);
iii. Chauffage dudit substrat métallique (2) ;iii. Heating said metal substrate (2);
iv. Positionnement dudit film (3) de sorte que la couche (3a) soit en regard de ladite face (2a) du substrat métallique (2) chauffé lors de l’étape iii. ;iv. Positioning of said film (3) so that the layer (3a) faces said face (2a) of the metal substrate (2) heated during step iii. ;
v. Réalisation de l’assemblage dudit substrat métallique (2) et dudit film (3) par frappe à chaud, ledit substrat métallique (2) étant à une température supérieure à la température la plus faible parmi les points de fusion du PTFE, des polymères thermoplastiques semi-cristallins et les températures de transition vitreuse (Tg) des polymères thermoplastiques amorphes de la couche (3a) au moment de l’assemblage.v. Carrying out the assembly of said metal substrate (2) and said film (3) by hot stamping, said metal substrate (2) being at a temperature higher than the lowest temperature among the melting points of PTFE, thermoplastic polymers semi-crystalline and the glass transition temperatures (Tg) of the amorphous thermoplastic polymers of layer (3a) at the time of assembly.
Substrat métallique (2) utilisé dans l’étape i du procédéMetallic substrate (2) used in step i of the process
A titre de substrats métalliques (2) utilisables dans le cadre de l’invention, on peut avantageusement citer les substrats en aluminium, en acier inoxydable, en fonte de fer ou d’aluminium, ou en titane ou en cuivre.As metal substrates (2) usable in the context of the invention, we can advantageously cite substrates made of aluminum, stainless steel, cast iron or aluminum, or titanium or copper.
Par aluminium au sens de la présente invention s’entend d’un métal constitué à 100% d’aluminium ou d’un alliage d’aluminium.Aluminum within the meaning of the present invention means a metal consisting of 100% aluminum or an aluminum alloy.
Avantageusement, le substrat métallique (2) est un substrat en aluminium, en acier inoxydable ou un substrat métallique multicouches, notamment bicouches ou tri-couches, ces multicouches pouvant être obtenues par exemple par colaminage, par diffusion à chaud sous charge (solid state bonding) ou par frappe (impact bonding) à chaud ou à froid.Advantageously, the metal substrate (2) is a substrate made of aluminum, stainless steel or a multilayer metal substrate, in particular bilayers or tri-layers, these multilayers being able to be obtained for example by co-lamination, by hot diffusion under load (solid state bonding). ) or by hot or cold impact bonding.
De préférence, le substrat métallique (2) comprend une alternance de couches en métal et/ou en alliage métallique.Preferably, the metal substrate (2) comprises alternating layers of metal and/or metal alloy.
Selon un mode de réalisation, le substrat métallique (2) est un substrat en alliage d’aluminium, en acier inoxydable ou un substrat métallique multicouches dont la face (2a) est en alliage d’aluminium ou en acier inoxydable.According to one embodiment, the metal substrate (2) is a substrate made of aluminum alloy, stainless steel or a multilayer metal substrate whose face (2a) is made of aluminum alloy or stainless steel.
De préférence, le substrat métallique (2) est un substrat en aluminium.Preferably, the metal substrate (2) is an aluminum substrate.
Avantageusement, l’épaisseur du substrat métallique (2) est comprise entre 0,5 mm et 10 mm.Advantageously, the thickness of the metal substrate (2) is between 0.5 mm and 10 mm.
Avantageusement, la face (2a) du substrat métallique (2) a subi un traitement de surface préalablement à l’assemblage avec le film (3) permettant d’améliorer l’adhésion dudit film audit substrat.Advantageously, the face (2a) of the metal substrate (2) has undergone a surface treatment prior to assembly with the film (3) making it possible to improve the adhesion of said film to said substrate.
Selon un mode de réalisation, la surface de la face (2a) du substrat métallique (2) a subi un traitement de surface, le dit traitement de surface étant une attaque chimique, un brossage, une hydratation, un sablage, un grenaillage, un traitement physicochimique de type plasma ou corona ou laser, une activation chimique ou une combinaison de ces différentes techniques.According to one embodiment, the surface of the face (2a) of the metal substrate (2) has undergone a surface treatment, said surface treatment being chemical attack, brushing, hydration, sandblasting, shot peening, physicochemical treatment of plasma or corona or laser type, chemical activation or a combination of these different techniques.
Avantageusement, la rugosité arithmétique moyenne Ra de la surface de la face (2a) du substrat métallique (2) est supérieure ou égale à 1 µm.Advantageously, the arithmetic average roughness Ra of the surface of the face (2a) of the metal substrate (2) is greater than or equal to 1 μm.
La rugosité arithmétique moyenne Ra est mesurée au moyen d’un rugosimètre selon la norme ISO 4287. Ra représente la moyenne arithmétique des écarts à la moyenne. La topographie de surface peut être étudiée notamment avec un profilomètre avec palpeur muni d'un stylet fin équipé d'une pointe en diamant, ou encore avec un appareil de métrologie optique type Altisurf®, dans lequel un capteur confocal chromatique permet une mesure sans contact. L'étude de cette topographie de surface permet de définir la rugosité arithmétique moyenne Ra.The arithmetic average roughness Ra is measured using a roughness meter according to the ISO 4287 standard. Ra represents the arithmetic average of the deviations from the average. The surface topography can be studied in particular with a profilometer with a probe fitted with a fine stylus equipped with a diamond tip, or with an optical metrology device such as Altisurf®, in which a chromatic confocal sensor allows contactless measurement. . The study of this surface topography makes it possible to define the arithmetic average roughness Ra.
L’adhésion directe du PTFE sur un substrat métallique est limitée par les mauvaises propriétés d’écoulement du PTFE à chaud mais également par sa dégradation thermique qui survient dès 420°C.Direct adhesion of PTFE to a metal substrate is limited by the poor flow properties of PTFE when hot but also by its thermal degradation which occurs from 420°C.
Le procédé selon l’invention permet de surmonter ces difficultés et de réaliser l’assemblage d’un substrat métallique (2) et d’un film (3) comprenant majoritairement un ou plusieurs polymères thermoplastiques semi-cristallins ou amorphes différents du PTFE comme polymères dans la couche (3a) en contact avec le substrat métallique (2). Selon le procédé de l’invention, l’assemblage dudit substrat métallique (2) et dudit film (3) est ainsi réalisé par frappe à chaud, ledit substrat métallique (2) étant à une température supérieure à la température la plus faible parmi les points de fusion du PTFE, des polymères thermoplastiques semi-cristallins et les températures de transition vitreuse (Tg) des polymères thermoplastiques amorphes de la couche (3a) au moment de l’assemblage.The method according to the invention makes it possible to overcome these difficulties and to carry out the assembly of a metal substrate (2) and a film (3) mainly comprising one or more semi-crystalline or amorphous thermoplastic polymers other than PTFE as polymers. in the layer (3a) in contact with the metal substrate (2). According to the method of the invention, the assembly of said metal substrate (2) and said film (3) is thus carried out by hot stamping, said metal substrate (2) being at a temperature higher than the lowest temperature among the melting points of PTFE, semi-crystalline thermoplastic polymers and the glass transition temperatures (Tg) of the amorphous thermoplastic polymers of layer (3a) at the time of assembly.
Le point de fusion du PTFE et des polymères thermoplastiques semi-cristallins et la température de transition vitreuse (Tg) des polymères thermoplastiques amorphes peuvent être déterminés par des méthodes d’analyse thermique comme par Analyse Thermique Différentielle (ATD ou DSC pour Differential Scanning Calorimetry) ou encore par Analyse Mécanique Dynamique (AMD ou DMA pour Dynamic Mechanic Analysis).The melting point of PTFE and semi-crystalline thermoplastic polymers and the glass transition temperature (Tg) of amorphous thermoplastic polymers can be determined by thermal analysis methods such as Differential Thermal Analysis (DTA or DSC for Differential Scanning Calorimetry). or by Dynamic Mechanic Analysis (AMD or DMA for Dynamic Mechanic Analysis).
Le film (3) utilisé dans le procédé selon l’invention comprend une couche (3a) destinée à être mise en contact avec ladite face (2a) dudit substrat métallique (2), ladite couche (3a) comprenant majoritairement un ou plusieurs polymères thermoplastiques semi-cristallins ou amorphes différents du PTFE en tant que polymère.The film (3) used in the method according to the invention comprises a layer (3a) intended to be brought into contact with said face (2a) of said metal substrate (2), said layer (3a) mainly comprising one or more thermoplastic polymers semi-crystalline or amorphous different from PTFE as a polymer.
La couche (3a) comprend ainsi :
- de 0 % à moins de 50% en poids de polytétrafluoroéthylène (PTFE) ;
- plus de 50% en poids d’un ou plusieurs polymères thermoplastiques semi-cristallins ou amorphes différents du PTFE ;
- from 0% to less than 50% by weight of polytetrafluoroethylene (PTFE);
- more than 50% by weight of one or more semi-crystalline or amorphous thermoplastic polymers other than PTFE;
les pourcentages étant exprimés par rapport au poids total de PTFE et dudit ou desdits polymères thermoplastiques semi-cristallins ou amorphes.the percentages being expressed relative to the total weight of PTFE and said semi-crystalline or amorphous thermoplastic polymer(s).
Selon un mode de réalisation, le ou les polymères thermoplastiques semi-cristallins ou amorphes différents du PTFE de la couche (3a) sont choisis parmi :
- les copolymères de tétrafluoroéthylène et de perfluoropropylvinyléther (PFA), les copolymères de tétrafluoroéthylène et d’hexafluoropropène (FEP), le polyfluorure de vinylidène (PVDF), les copolymères de tétrafluoroéthylène et de polyméthylvinyléther (MVA), les terpolymères de tétrafluoroéthylène, de polyméthylvinyléther et de fluoroalkylvinyléther (TFE/PMVE/FAVE), l’éthylène tétrafluoroéthylène (ETFE), et leurs mélanges
- les polyarylether cétones (PAEK), dont le polyether cétone (PEK), polyether ether cétone (PEEK), polyether cétone cétone (PEKK), polyether ether cétone cétone (PEEKK), polyether cétone ether cétone cétone (PEKEKK), préférentiellement le polyether ether cétone (PEEK)
- le polyamideimide (PAI), polyimide (PI), polyetherimide (PEI), polybenzymidazole (PBI)
- et leurs mélanges
- copolymers of tetrafluoroethylene and perfluoropropyl vinyl ether (PFA), copolymers of tetrafluoroethylene and hexafluoropropene (FEP), polyvinylidene fluoride (PVDF), copolymers of tetrafluoroethylene and polymethyl vinyl ether (MVA), terpolymers of tetrafluoroethylene, polymethyl vinyl ether and fluoroalkyl vinyl ether (TFE/PMVE/FAVE), ethylene tetrafluoroethylene (ETFE), and mixtures thereof
- polyarylether ketones (PAEK), including polyether ketone (PEK), polyether ether ketone (PEEK), polyether ketone ketone (PEKK), polyether ether ketone ketone (PEEKK), polyether ketone ether ketone ketone (PEKEKK), preferably polyether ether ketone (PEEK)
- polyamideimide (PAI), polyimide (PI), polyetherimide (PEI), polybenzymidazole (PBI)
- and their mixtures
Selon un mode de réalisation, la couche (3a) est dépourvue de PTFE.According to one embodiment, the layer (3a) is devoid of PTFE.
Le film (3) peut être constitué d’une couche (3a) unique formant également face de cuisson (4).The film (3) can consist of a single layer (3a) also forming the cooking face (4).
Selon une autre configuration, le film (3) peut également comprendre une couche supplémentaire positionnée au-dessus de la couche (3a) telle que décrite ci-dessus. Dans ce cas, le film (3) comprend ainsi en outre une autre couche (3b) formant face de cuisson (4), ladite autre couche (3b) comprenant un ou plusieurs polymères choisis parmi :
- le polytétrafluoroéthylène (PTFE), les copolymères de tétrafluoroéthylène et de perfluoropropylvinyléther (PFA), les copolymères de tétrafluoroéthylène et d’hexafluoropropène (FEP), le polyfluorure de vinylidène (PVDF), les copolymères de tétrafluoroéthylène et de polyméthylvinyléther (MVA), les terpolymères de tétrafluoroéthylène, de polyméthylvinyléther et de fluoroalkylvinyléther (TFE/PMVE/FAVE), l’éthylène tétrafluoroéthylène (ETFE), et leurs mélanges ; préférentiellement le PTFE
- les polyarylether cétones (PAEK), dont le polyether cétone (PEK), polyether ether cétone (PEEK), polyether cétone cétone (PEKK), polyether ether cétone cétone (PEEKK), polyether cétone ether cétone cétone (PEKEKK), préférentiellement le polyether ether cétone (PEEK)
- le polyamideimide (PAI), polyimide (PI), polyetherimide (PEI), polybenzymidazole (PBI)
- les résines silicones
- et leurs mélanges, préférentiellement les mélanges de PTFE et de PEEK.
- polytetrafluoroethylene (PTFE), copolymers of tetrafluoroethylene and perfluoropropyl vinyl ether (PFA), copolymers of tetrafluoroethylene and hexafluoropropene (FEP), polyvinylidene fluoride (PVDF), copolymers of tetrafluoroethylene and polymethyl vinyl ether (MVA), terpolymers tetrafluoroethylene, polymethylvinyl ether and fluoroalkyl vinyl ether (TFE/PMVE/FAVE), ethylene tetrafluoroethylene (ETFE), and mixtures thereof; preferably PTFE
- polyarylether ketones (PAEK), including polyether ketone (PEK), polyether ether ketone (PEEK), polyether ketone ketone (PEKK), polyether ether ketone ketone (PEEKK), polyether ketone ether ketone ketone (PEKEKK), preferably polyether ether ketone (PEEK)
- polyamideimide (PAI), polyimide (PI), polyetherimide (PEI), polybenzymidazole (PBI)
- silicone resins
- and their mixtures, preferably mixtures of PTFE and PEEK.
Selon un mode de réalisation, le film (3) comprend en outre au moins une couche intermédiaire (3c) positionnée entre la couche (3a) et l’autre couche (3b), ladite couche intermédiaire (3c) comprenant un ou plusieurs polymères choisis parmi :According to one embodiment, the film (3) further comprises at least one intermediate layer (3c) positioned between the layer (3a) and the other layer (3b), said intermediate layer (3c) comprising one or more selected polymers among :
- le polytétrafluoroéthylène (PTFE), les copolymères de tétrafluoroéthylène et de perfluoropropylvinyléther (PFA), les copolymères de tétrafluoroéthylène et d’hexafluoropropène (FEP), le polyfluorure de vinylidène (PVDF), les copolymères de tétrafluoroéthylène et de polyméthylvinyléther (MVA), les terpolymères de tétrafluoroéthylène, de polyméthylvinyléther et de fluoroalkylvinyléther (TFE/PMVE/FAVE), l’éthylène tétrafluoroéthylène (ETFE), et leurs mélanges ; préférentiellement les copolymères de tétrafluoroéthylène et de perfluoropropylvinyléther (PFA) et le PTFE; préférentiellement le PTFE- polytetrafluoroethylene (PTFE), copolymers of tetrafluoroethylene and perfluoropropyl vinyl ether (PFA), copolymers of tetrafluoroethylene and hexafluoropropene (FEP), polyvinylidene fluoride (PVDF), copolymers of tetrafluoroethylene and polymethyl vinyl ether (MVA), tetrafluoroethylene, polymethylvinyl ether and fluoroalkyl vinyl ether (TFE/PMVE/FAVE) terpolymers, ethylene tetrafluoroethylene (ETFE), and mixtures thereof; preferably copolymers of tetrafluoroethylene and perfluoropropylvinyl ether (PFA) and PTFE; preferably PTFE
- les polyarylether cétones (PAEK), dont le polyether cétone (PEK), polyether ether cétone (PEEK), polyether cétone cétone (PEKK), polyether ether cétone cétone (PEEKK), polyether cétone ether cétone cétone (PEKEKK), préférentiellement le polyether ether cétone (PEEK)- polyarylether ketones (PAEK), including polyether ketone (PEK), polyether ether ketone (PEEK), polyether ketone ketone (PEKK), polyether ether ketone ketone (PEEKK), polyether ketone ether ketone ketone (PEKEKK), preferably polyether ether ketone (PEEK)
- le polyamideimide (PAI), polyimide (PI), polyetherimide (PEI), polybenzymidazole (PBI- polyamideimide (PAI), polyimide (PI), polyetherimide (PEI), polybenzymidazole (PBI
- les résines silicones- silicone resins
- et leurs mélanges, préférentiellement les mélanges de polyarylether cétones (PAEK) et de PTFE, préférentiellement les mélanges de PEEK et de PTFE ;- and their mixtures, preferably mixtures of polyarylether ketones (PAEK) and PTFE, preferably mixtures of PEEK and PTFE;
le PTFE étant particulièrement préféré.PTFE being particularly preferred.
Avantageusement, la ou les résine(s) silicone de la couche (3b) et, le cas échéant de la couche (3c), est/sont choisie(s) dans le groupe constitué de résines méthyl silicones et/ou phényl silicones et/ou méthyl-phényl-silicones, résine silicone-polyester (copolymères), résine méthyl-phényl-silicones-polyester (copolymères), résine silicone-alkyde (copolymères), résine silicone modifiée.Advantageously, the silicone resin(s) of layer (3b) and, where appropriate of layer (3c), is/are chosen from the group consisting of methyl silicone and/or phenyl silicone resins and/or or methyl-phenyl-silicones, silicone-polyester resin (copolymers), methyl-phenyl-silicones-polyester resin (copolymers), silicone-alkyd resin (copolymers), modified silicone resin.
Les résines silicone peuvent être obtenues à partir de précurseurs, notamment choisis parmi : un hydrure de silicone, une résine silicone comprenant au moins un groupe vinyle (-CH=CH2), une résine silicone-polyester (copolymère) comprenant au moins un groupe méthoxy, et/ou une résine silicone-polyester (copolymère) comprenant au moins un groupe éthoxy, et leurs mélanges.The silicone resins can be obtained from precursors, in particular chosen from: a silicone hydride, a silicone resin comprising at least one vinyl group (-CH=CH 2 ), a silicone-polyester resin (copolymer) comprising at least one group methoxy, and/or a silicone-polyester resin (copolymer) comprising at least one ethoxy group, and mixtures thereof.
Le film (3) peut également comprendre en outre au moins une charge et/ou au moins un renfort.The film (3) may also comprise at least one filler and/or at least one reinforcement.
Au titre de charges utilisables dans la présente invention, on peut notamment citer les oxydes métalliques, les carbures métalliques, les oxy-nitrures métalliques, les nitrures métalliques, les silices et leurs mélanges.As fillers which can be used in the present invention, mention may in particular be made of metal oxides, metal carbides, metal oxy-nitrides, metal nitrides, silicas and their mixtures.
Ces charges peuvent être présentes dans une ou plusieurs couches du film (3) ou dans chacune des couches du film (3).These fillers may be present in one or more layers of the film (3) or in each of the layers of the film (3).
Au titre de renforts utilisables au titre de la présente invention, on peut citer un renfort minéral ou métallique de type fibre, maille métallique, matériau ou tissu de fibre de verre. Le renfort peut également être constitué d’un polymère non fluoré à propriétés thermomécaniques élevées de type polyaryléthercétones (PEAK), comme par exemple le polyétheréthercétone (PEEK), ou de polyamide-imide (PAI). Le renfort peut se présenter sous la forme d’une couche du film (3) positionnée entre la couche (3a) et la couche (3b) formant face de cuisson.As reinforcements usable under the present invention, mention may be made of mineral or metallic reinforcement of the fiber, metal mesh, fiberglass material or fabric type. The reinforcement can also consist of a non-fluorinated polymer with high thermomechanical properties of the polyaryletherketone (PEAK) type, such as for example polyetheretherketone (PEEK), or polyamide-imide (PAI). The reinforcement can be in the form of a layer of film (3) positioned between the layer (3a) and the layer (3b) forming the cooking face.
Afin d’améliorer l’adhésion du film (3) et du substrat métallique (2), la couche (3a) du film (3) entrant en contact avec la face (2a) du substrat métallique (2) lors de l’étape (v) peut avoir subi un traitement de surface mécanique ou chimique. Ce traitement de surface peut être une attaque chimique, un brossage, une hydratation, un sablage, un grenaillage, un traitement physicochimique de type plasma ou corona ou laser, une activation chimique ou une combinaison de ces différentes techniques.In order to improve the adhesion of the film (3) and the metal substrate (2), the layer (3a) of the film (3) coming into contact with the face (2a) of the metal substrate (2) during step (v) may have undergone mechanical or chemical surface treatment. This surface treatment can be a chemical attack, brushing, hydration, sandblasting, shot blasting, a physicochemical treatment of plasma or corona or laser type, chemical activation or a combination of these different techniques.
Selon un mode de réalisation, l’épaisseur dudit film (3) est comprise entre 5 µm et 500 µm, de préférence entre 25 µm et 150 µm.According to one embodiment, the thickness of said film (3) is between 5 µm and 500 µm, preferably between 25 µm and 150 µm.
La mesure de l’épaisseur de la ou des couches du film (3) est réalisée en 20 points aléatoires sur la coupe du film. L’épaisseur moyenne dudit film (3) est obtenue en faisant la moyenne de ces 20 mesures.The thickness of the layer(s) of the film (3) is measured at 20 random points on the cut of the film. The average thickness of said film (3) is obtained by averaging these 20 measurements.
L’épaisseur totale du film (3) de l’élément de cuisson revêtu (1) selon l’invention, c’est-à-dire mesurée sur l’élément de cuisson une fois qu’il a été revêtu par le film (3), est comprise entre 5 µm et 500 µm, de préférence entre 25 µm et 150 µm.The total thickness of the film (3) of the coated cooking element (1) according to the invention, that is to say measured on the cooking element once it has been coated with the film ( 3), is between 5 µm and 500 µm, preferably between 25 µm and 150 µm.
La mesure de l’épaisseur du film (3) de l’élément de cuisson revêtu (1) selon l’invention est réalisée en 20 points aléatoires sur la coupe du substrat revêtu. L’épaisseur moyenne dudit film (3) est obtenue en faisant la moyenne de ces 20 mesures.The measurement of the thickness of the film (3) of the coated cooking element (1) according to the invention is carried out at 20 random points on the section of the coated substrate. The average thickness of said film (3) is obtained by averaging these 20 measurements.
Le film (3), avant assemblage avec le substrat métallique (2), peut être obtenu par dépôt d’une première couche sur un support, puis éventuellement par le dépôt successif des autres couches, puis par exfoliation dudit film pour le séparer du support. Les couches du film (3) peuvent également être assemblées entre elles par tout autre procédé d’assemblage, comme par laminage par exemple.The film (3), before assembly with the metal substrate (2), can be obtained by deposition of a first layer on a support, then possibly by the successive deposition of the other layers, then by exfoliation of said film to separate it from the support . The layers of the film (3) can also be assembled together by any other assembly process, such as by lamination for example.
De façon générale, le film (3) de l’élément de cuisson revêtu (1) couvre en totalité la face (2a) du substrat métallique (2), mais il peut être envisagé que seule une partie du substrat métallique (2) soit recouverte.Generally, the film (3) of the coated cooking element (1) covers the entire face (2a) of the metal substrate (2), but it can be envisaged that only part of the metal substrate (2) is covered.
Dans l’exemple de réalisation illustré sur les Figures 1 et 2, le film (3) comporte 3 couches (3a, 3b, 3c).In the exemplary embodiment illustrated in Figures 1 and 2, the film (3) has 3 layers (3a, 3b, 3c).
Le substrat métallique (2) est chauffé lors de l’étape iii préalablement aux étapes iv et v du procédé. Le substrat métallique peut être chauffé au moyen de tout équipement adéquat, dans un four ou par induction par exemple.The metal substrate (2) is heated during step iii prior to steps iv and v of the process. The metal substrate can be heated using any suitable equipment, in an oven or by induction for example.
Avant l’assemblage lors de l’étape v, le film (3) est positionné au-dessus du substrat métallique (2) de sorte que sa couche (3a) soit en regard de la face (2a) du substrat métallique (2) préalablement chauffé lors de l’étape iii.Before assembly during step v, the film (3) is positioned above the metal substrate (2) so that its layer (3a) faces the face (2a) of the metal substrate (2) previously heated during step iii.
Le film (3) est positionné de sorte que l’ensemble de la surface de la couche (3a) entre en contact simultanément avec la surface de la face (2a) du substrat métallique (2) lors de l’étape v d’assemblage.The film (3) is positioned so that the entire surface of the layer (3a) comes into contact simultaneously with the surface of the face (2a) of the metal substrate (2) during assembly step v .
Afin d’assurer cette mise en contact de la couche (3a) du film (3) avec la face (2a) du substrat métallique (2), le film (3) peut être fixé sur l’outil supérieur ou bien être tendu entre 2 rouleaux.In order to ensure this contact of the layer (3a) of the film (3) with the face (2a) of the metal substrate (2), the film (3) can be fixed on the upper tool or else be stretched between 2 rolls.
Lors de l’assemblage du substrat métallique (2) et du film (3) par frappe à chaud, ledit substrat métallique (2) est à une température supérieure à la température la plus faible parmi les points de fusion du PTFE, des polymères thermoplastiques semi-cristallins et les températures de transition vitreuse (Tg) des polymères thermoplastiques amorphes de la couche (3a) au moment de l’assemblage.When assembling the metal substrate (2) and the film (3) by hot stamping, said metal substrate (2) is at a temperature higher than the lowest temperature among the melting points of PTFE, thermoplastic polymers semi-crystalline and the glass transition temperatures (Tg) of the amorphous thermoplastic polymers of layer (3a) at the time of assembly.
Lorsque la température au moment de l’assemblage est inférieure à la température la plus faible parmi les points de fusion du PTFE, des polymères thermoplastiques semi-cristallins et les températures de transition vitreuse (Tg) des polymères thermoplastiques amorphes de la couche (3a), l’adhésion du film (3) sur le substrat métallique (2) n’est pas suffisante.When the temperature at the time of assembly is lower than the lowest temperature among the melting points of PTFE, semi-crystalline thermoplastic polymers and the glass transition temperatures (Tg) of the amorphous thermoplastic polymers of layer (3a) , the adhesion of the film (3) to the metal substrate (2) is not sufficient.
Lorsque la température est supérieure à 550°C, une dégradation du film (3) est observée.When the temperature is above 550°C, degradation of the film (3) is observed.
La température du substrat métallique (2) au moment de l’assemblage correspond à la température du substrat métallique (2) lorsque débute la frappe, c’est-à-dire lorsque débute la mise sous pression de l’ensemble substrat métallique (2)/film (3).The temperature of the metal substrate (2) at the time of assembly corresponds to the temperature of the metal substrate (2) when striking begins, that is to say when the pressurization of the metal substrate assembly (2) begins. )/movie (3).
Selon un mode de réalisation, l’assemblage par frappe à chaud lors de l’étape v. est réalisé au moyen d’une presse hydraulique ou mécanique comprenant un outil inférieur et un outil supérieur entre lesquels sont assemblés le substrat métallique (2) et le film (3), ledit substrat métallique (2) étant préférentiellement en contact avec l’outil inférieur et ledit film (3) étant préférentiellement en contact avec l’outil supérieur.According to one embodiment, assembly by hot stamping during step v. is produced by means of a hydraulic or mechanical press comprising a lower tool and an upper tool between which the metal substrate (2) and the film (3) are assembled, said metal substrate (2) being preferably in contact with the tool lower and said film (3) being preferably in contact with the upper tool.
La surface de l’outil inférieur, avantageusement plane, peut subir un traitement de surfaceThe surface of the lower tool, advantageously flat, can undergo a surface treatment
de façon à éviter tout collage du substrat métallique sur ledit outil.so as to avoid any sticking of the metal substrate on said tool.
Avantageusement, le plan de la surface de l’outil supérieur, par rapport au plan de la surface de l’outil inférieur, présente un angle compris entre 0.01° et 0.5°, préférentiellement entre 0.15° et 0.25°. Cet angle permet de limiter l’emprisonnement d’air lors de l’étape d’assemblage.Advantageously, the plane of the surface of the upper tool, relative to the plane of the surface of the lower tool, has an angle of between 0.01° and 0.5°, preferably between 0.15° and 0.25°. This angle helps limit air entrapment during the assembly stage.
Optionnellement, l’outil inférieur peut-être chauffé. Optionnellement, l’outil supérieur peut être refroidi.Optionally, the lower tool can be heated. Optionally, the upper tool can be cooled.
Selon un mode de réalisation, l’outil inférieur est chauffé à une température comprise entre 25°C et la température du substrat métallique (2) au moment de l’assemblage et/ou l’outil supérieur est porté à une température comprise entre 15°C et 120°C lors de l’étape v.According to one embodiment, the lower tool is heated to a temperature between 25°C and the temperature of the metal substrate (2) at the time of assembly and/or the upper tool is brought to a temperature between 15 °C and 120°C during step v.
Sauf indication contraire, les valeurs de température indiquées dans la présente demande correspondent à des valeurs de températures mesurées et ne sont pas des températures de consigne.Unless otherwise indicated, the temperature values indicated in this application correspond to measured temperature values and are not set temperatures.
Les valeurs de température sont mesurées par tous les moyens adéquats, par exemple au moyen d’une sonde de température positionnée à la surface ou dans la masse de l’élément chauffé ou refroidi.The temperature values are measured by all appropriate means, for example by means of a temperature probe positioned on the surface or in the mass of the heated or cooled element.
La température du substrat métallique (2) au moment de l’assemblage correspond à la température de la surface (2a) du substrat métallique (2) lorsque débute la frappe, c’est-à-dire lorsque débute la mise sous pression de l’ensemble substrat métallique (2) /film (3).The temperature of the metal substrate (2) at the time of assembly corresponds to the temperature of the surface (2a) of the metal substrate (2) when the striking begins, that is to say when the pressurization of the metal begins. metal substrate (2)/film (3) assembly.
La température du substrat métallique (2) peut ensuite baisser pendant l’opération de frappe, en particulier lorsque l’outil inférieur n’est pas chauffé préalablement à l’étape d’assemblage.The temperature of the metal substrate (2) can then drop during the striking operation, in particular when the lower tool is not heated prior to the assembly step.
Lors de l’opération de frappe de l’étape v, une pression de plusieurs centaines de MPa est mise en œuvre.During the striking operation of step v, a pressure of several hundred MPa is implemented.
Selon un mode de réalisation, le substrat métallique (2) et le film (3) sont maintenus sous une pression comprise entre 100 MPa et 800 MPa, de préférence entre 350 MPa et 500 MPa lors de l’étape v.According to one embodiment, the metal substrate (2) and the film (3) are maintained under a pressure of between 100 MPa and 800 MPa, preferably between 350 MPa and 500 MPa during step v.
La pression appliquée lors de l’opération de frappe est considérablement plus élevée que celle appliquée dans les procédés classiques d’assemblage substrat métallique/film polymère tels que le pressage à chaud qui n’est que de quelques dizaines de MPa.The pressure applied during the stamping operation is considerably higher than that applied in conventional metal substrate/polymer film assembly processes such as hot pressing which is only a few tens of MPa.
Selon un mode de réalisation, la durée de maintien sous pression du substrat métallique (2) et du film (3) est inférieure ou égale à 1 minute, de préférence inférieure ou égale à 15 secondes lors de l’étape v.According to one embodiment, the duration of maintaining the metal substrate (2) and the film (3) under pressure is less than or equal to 1 minute, preferably less than or equal to 15 seconds during step v.
La frappe peut être réalisée par l’application d’un coup sec, pendant une durée inférieure à 5 secondes.The strike can be carried out by applying a sharp blow, for a duration of less than 5 seconds.
Selon un autre mode de réalisation, la durée de maintien sous pression du substrat métallique (2) et du film (3) est comprise entre 1 seconde et 1 minute, préférentiellement entre 2 secondes et 15 secondes lors de l’étape v.According to another embodiment, the duration of maintaining the metal substrate (2) and the film (3) under pressure is between 1 second and 1 minute, preferably between 2 seconds and 15 seconds during step v.
Le film (3) est essentiellement chauffé par conduction lors de sa mise en contact au moment de l’assemblage avec le substrat chauffé. Il est ensuite refroidi pendant la frappe du fait de l’inertie thermique des outils d’assemblage dont la température est inférieure à la température de chauffe du substrat métallique (2). La température du film (3) peut ainsi chuter rapidement lors de l’opération de frappe, en particulier lorsque l’outil inférieur n’est pas chauffé préalablement à l’étape d’assemblage.The film (3) is essentially heated by conduction when it comes into contact at the time of assembly with the heated substrate. It is then cooled during striking due to the thermal inertia of the assembly tools whose temperature is lower than the heating temperature of the metal substrate (2). The temperature of the film (3) can thus drop quickly during the stamping operation, in particular when the lower tool is not heated before the assembly step.
Selon le procédé de l’invention, il est ainsi possible de chauffer très localement le film (3), en particulier à l’interface substrat métallique (2)-film (3), à une température au-delà de la température la plus faible parmi les points de fusion du PTFE, des polymères thermoplastiques semi-cristallins et les températures de transition vitreuse (Tg) des polymères thermoplastiques amorphes de la couche (3a) et ce pendant un temps très court, ce qui n’engendre pas de dégradation du film.According to the method of the invention, it is thus possible to heat the film (3) very locally, in particular at the metal substrate (2)-film (3) interface, to a temperature beyond the highest temperature. low among the melting points of PTFE, semi-crystalline thermoplastic polymers and the glass transition temperatures (Tg) of the amorphous thermoplastic polymers of layer (3a) and this for a very short time, which does not cause degradation of the film.
Avantageusement, la température du film (3) à l’issue de l’étape v. d’assemblage dudit film (3) et du substrat métallique (2), c’est-à-dire lorsque l’assemblage du film (3) et du substrat métallique (2) n’est plus maintenu sous pression, est inférieure à la température la plus faible parmi les points de fusion du PTFE, des polymères thermoplastiques semi-cristallins et les températures de transition vitreuse (Tg) des polymères thermoplastiques amorphes de la couche (3a).Advantageously, the temperature of the film (3) at the end of step v. assembly of said film (3) and the metal substrate (2), that is to say when the assembly of the film (3) and the metal substrate (2) is no longer maintained under pressure, is less than the lowest temperature among the melting points of PTFE, semi-crystalline thermoplastic polymers and the glass transition temperatures (Tg) of the amorphous thermoplastic polymers in layer (3a).
La combinaison, au moment de l’assemblage par frappe, d’une température et d’une pression telles que décrites ci-dessus, permet d’assurer l’adhésion du film (3) sur le substrat métallique (2) en des temps très courts.The combination, at the time of assembly by striking, of a temperature and a pressure as described above, makes it possible to ensure the adhesion of the film (3) to the metal substrate (2) in times very short.
Après assemblage, le substrat métallique (2) revêtu du film (3) est laissé à refroidir à température ambiante afin d’obtenir une adhésion entre le film (3) et le substrat métallique (2) qui soit maximale.After assembly, the metal substrate (2) coated with the film (3) is left to cool to room temperature in order to obtain maximum adhesion between the film (3) and the metal substrate (2).
Le substrat métallique (2) revêtu du film (3) peut ensuite être mis en forme à l’issue de l’étape (v).The metal substrate (2) coated with the film (3) can then be shaped at the end of step (v).
Un second objet de l’invention concerne ainsi un procédé de mise en forme d’un élément de cuisson revêtu tel que décrit ci-dessus comprenant une étape (a) d’emboutissage de l’élément de cuisson revêtu (1) obtenu à l’issue de l’étape (v).A second object of the invention thus relates to a method of shaping a coated cooking element as described above comprising a step (a) of stamping the coated cooking element (1) obtained by outcome of step (v).
Le procédé de mise en forme peut en outre comprendre une étape (b) d’étirage de l’élément de cuisson revêtu (1) obtenu à l’issue de l’étape (a).The shaping process may further comprise a step (b) of stretching the coated cooking element (1) obtained at the end of step (a).
L’adhésion du film (3) sur le substrat métallique (2) avant mise en forme doit être suffisamment bonne pour éviter toute perte d’adhésion pendant et après l’opération de mise en forme.The adhesion of the film (3) to the metal substrate (2) before shaping must be sufficiently good to avoid any loss of adhesion during and after the shaping operation.
L’élément de cuisson revêtu (1) selon le procédé de l’invention peut former un récipient de cuisson dans un article culinaire choisi dans le groupe constitué de casserole, poêle, poêlons ou caquelons pour fondue ou raclette, fait-tout, wok, sauteuse, crêpière, grill, plancha, marmite, cocotte, moule culinaire.The coated cooking element (1) according to the method of the invention can form a cooking container in a culinary item chosen from the group consisting of saucepan, frying pan, skillets or pots for fondue or raclette, stewpot, wok, frying pan, crepe maker, grill, plancha, pot, casserole dish, culinary mold.
L’élément de cuisson revêtu (1) selon le procédé de l’invention peut former un récipient de cuisson dans un appareil électrique de cuisson choisi dans le groupe constitué de crêpière électrique, appareil électrique à raclette, appareil électrique à fondue, grill électrique, plancha électrique, cuiseur électrique, robot cuiseur, machine à pain. Ainsi l’article culinaire peut former un accessoire de cuisson pour un appareil électrique de cuisson.The coated cooking element (1) according to the method of the invention can form a cooking container in an electric cooking appliance chosen from the group consisting of electric crepe maker, electric raclette appliance, electric fondue appliance, electric grill, electric plancha, electric cooker, food processor, bread machine. Thus the culinary article can form a cooking accessory for an electric cooking appliance.
Les exemples qui suivent sont donnés à titre illustratif, mais ne doivent en aucun cas être considérés comme limitatifs de la présente invention.The examples which follow are given for illustrative purposes, but should in no way be considered as limiting the present invention.
Equipements utilisés:
- pour les essais d’assemblage : presse hydraulique SGM 160 T équipée d’un poinçon supérieur plat et d’un poinçon inférieur plat. Le plan de la surface du poinçon supérieur présente un angle de 0,15° par rapport au plan de la surface du poinçon inférieur afin de ne pas emprisonner d’air lors de l’étape d’assemblage
- pour les tests d’emboutissage Swift : machine d’emboutissage Zwick BPU 400
- for assembly tests: SGM 160 T hydraulic press equipped with a flat upper punch and a flat lower punch. The surface plane of the upper punch has an angle of 0.15° relative to the surface plane of the lower punch so as not to trap air during the assembly step
- for Swift stamping tests: Zwick BPU 400 stamping machine
Substrats métalliques utilisés: Metal substrates used :
Un substrat en aluminium 1200 état 0 est utilisé pour les essais. Le substrat est utilisé tel quel ou après avoir subi un traitement de surface.A 1200 state 0 aluminum substrate is used for the tests. The substrate is used as is or after having undergone a surface treatment.
Les 3 configurations suivantes sont testées :
- substrat métallique (2) en aluminium brut présentant une rugosité arithmétique moyenne Ra inférieure à 1 µm ;
- substrat métallique (2) en aluminium brossé hydraté présentant une rugosité arithmétique moyenne Ra comprise entre 2 µm et 3 µm ;
- substrat métallique (2) décapé chimiquement présentant une rugosité arithmétique moyenne Ra comprise entre 3 µm et 4 µm.
- metal substrate (2) made of raw aluminum having an arithmetic average roughness Ra less than 1 µm;
- metallic substrate (2) made of hydrated brushed aluminum having an arithmetic average roughness Ra of between 2 µm and 3 µm;
- chemically etched metal substrate (2) having an arithmetic average roughness Ra of between 3 µm and 4 µm.
La rugosité arithmétique moyenne Ra est mesurée au moyen d’un appareil de métrologie optique type Altisurf®.The arithmetic average roughness Ra is measured using an optical metrology device such as Altisurf®.
Films polymériques utilisés: Polymeric films used :
Les films (3) suivants, fournis par la société Saint-Gobain, ont été utilisés :
- film (3) ‘Natural DF 1700’: film PTFE/FEP d’épaisseur 50µm – ce film comprend une couche (3a) constituée de FEP
- film (3) PFA : film PFA d’épaisseur 25µm
- film (3) 'Natural DF 1700': PTFE/FEP film 50µm thick – this film includes a layer (3a) made of FEP
- film (3) PFA: PFA film 25µm thick
Ainsi que le film (3) suivant :
- film (3) PEEK : film PEEK d’épaisseur 75µm
- film (3) PEEK: PEEK film 75µm thick
Les substrats sont découpés sous forme de disques de 80 mm de diamètre.The substrates are cut in the form of discs of 80 mm in diameter.
Le substrat métallique (2) est chauffé dans un four ayant une température de consigne de chauffe de 550°C.The metal substrate (2) is heated in an oven having a heating set temperature of 550°C.
Après 15 minutes de chauffe, la température du substrat métallique (2) mesurée à l’aide d’une sonde de contact est de 520°C.After 15 minutes of heating, the temperature of the metal substrate (2) measured using a contact probe is 520°C.
Après 15 minutes de chauffe, le substrat métallique (2) est positionné sur le poinçon inférieur non chauffé de la presse hydraulique.After 15 minutes of heating, the metal substrate (2) is positioned on the unheated lower punch of the hydraulic press.
Le film (3) non chauffé est mis en contact avec le substrat métallique (2) juste avant assemblage.The unheated film (3) is brought into contact with the metal substrate (2) just before assembly.
Le substrat métallique (2) et le film (3) sont assemblés par frappe par coup sec avec une force de frappe de 160 T (soit 30kg/mm2correspondant à une pression de 300 Mpa), la température du substrat métallique (2) au moment de la frappe étant de 420°C.The metal substrate (2) and the film (3) are assembled by striking with a striking force of 160 T (i.e. 30kg/mm 2 corresponding to a pressure of 300 MPa), the temperature of the metal substrate (2) at the time of striking being 420°C.
Après refroidissement, la qualité de l’adhésion du film (3) sur le substrat métallique (2) est évaluée à l’aide un test de quadrillage suite à un emboutissage de type Erichsen.After cooling, the quality of adhesion of the film (3) to the metal substrate (2) is evaluated using a grid test following Erichsen-type stamping.
Le film (3) Natural DF 1700 adhère fortement sur le substrat métallique (2) en aluminium brossé hydraté et sur le substrat en aluminium décapé chimiquement (score Erichsen de 100/100).The Natural DF 1700 film (3) adheres strongly to the hydrated brushed aluminum metal substrate (2) and to the chemically pickled aluminum substrate (Erichsen score of 100/100).
Le film (3) PFA adhère fortement sur le substrat métallique (2) en aluminium brossé hydraté et sur le substrat métallique (2) en aluminium décapé chimiquement (score Erichsen de 100/100).The PFA film (3) adheres strongly to the metallic substrate (2) of hydrated brushed aluminum and to the metallic substrate (2) of chemically pickled aluminum (Erichsen score of 100/100).
Le film (3) PEEK adhère fortement sur le substrat métallique (2) en aluminium brossé hydraté et sur le substrat métallique (2) en aluminium décapé chimiquement (score Erichsen de 100/100).The PEEK film (3) adheres strongly to the metallic substrate (2) of hydrated brushed aluminum and to the metallic substrate (2) of chemically pickled aluminum (Erichsen score of 100/100).
Aucun film (3) n’a une adhésion satisfaisante sur le substrat métallique (2) en aluminium brut (score Erichsen de 0/100).No film (3) has satisfactory adhesion to the metal substrate (2) made of raw aluminum (Erichsen score of 0/100).
Les disques d’aluminium brossé hydraté, et décapé et revêtus selon l’exemple 1 sont soumis à un test d’emboutissage Swift.The hydrated, pickled and coated brushed aluminum discs according to Example 1 are subjected to a Swift stamping test.
- découpe des disques à un diamètre de 64 mmcuts discs to a diameter of 64 mm
- poinçon de 33 mm (Limiting Drawing Ratio =1,9)33 mm punch (Limiting Drawing Ratio =1.9)
- matrice d’emboutissage : 40 mmstamping die: 40 mm
La
Aucun décollement du film (3) n’est observé, bien que le film (3) soit sur l’extérieur du substrat métallique (2).No detachment of the film (3) is observed, although the film (3) is on the outside of the metal substrate (2).
La
Aucun décollement du film (3) n’est observé.No detachment of the film (3) is observed.
Un résultat similaire est obtenu avec chacun des films (3) testés et pour les tets d’emboutissage réalisés avec les disques d’aluminium brossé hydraté avec chacun des films (3) testés.A similar result is obtained with each of the films (3) tested and for the stamping heads made with the hydrated brushed aluminum discs with each of the films (3) tested.
Ces exemples illustrent l’excellente adhésion entre le film (3) et le substrat métallique (2) après assemblage, ainsi que l’aptitude à l’emboutissage des substrats métalliques (2) revêtus obtenus selon l’invention.These examples illustrate the excellent adhesion between the film (3) and the metal substrate (2) after assembly, as well as the ability to stamp the coated metal substrates (2) obtained according to the invention.
Claims (19)
i. Fourniture d’un substrat métallique (2) présentant une face (2a), destinée à être revêtue par un film (3) ;
ii. Fourniture dudit film (3), ledit film (3) comprenant une couche (3a) destinée à être mise en contact avec ladite face (2a) dudit substrat métallique (2), ladite couche (3a) comprenant :
- de 0 % à moins de 50% en poids de polytétrafluoroéthylène (PTFE) ;
- plus de 50% en poids d’un ou plusieurs polymères thermoplastiques semi-cristallins ou amorphes différents du PTFE ;
iii. Chauffage dudit substrat métallique (2) ;
iv. Positionnement dudit film (3) de sorte que la couche (3a) soit en regard de ladite face (2a) du substrat métallique (2) chauffé lors de l’étape iii. ;
v. Réalisation de l’assemblage dudit substrat métallique (2) et dudit film (3) par frappe à chaud, ledit substrat métallique (2) étant à une température supérieure à la température la plus faible parmi les points de fusion du PTFE, des polymères thermoplastiques semi-cristallins et les températures de transition vitreuse (Tg) des polymères thermoplastiques amorphes de la couche (3a) au moment de l’assemblage.Process for manufacturing a coated cooking element (1) comprising the following steps:
i. Supply of a metal substrate (2) having a face (2a), intended to be coated with a film (3);
ii. Supply of said film (3), said film (3) comprising a layer (3a) intended to be brought into contact with said face (2a) of said metal substrate (2), said layer (3a) comprising:
- from 0% to less than 50% by weight of polytetrafluoroethylene (PTFE);
- more than 50% by weight of one or more semi-crystalline or amorphous thermoplastic polymers other than PTFE;
iii. Heating said metal substrate (2);
iv. Positioning of said film (3) so that the layer (3a) faces said face (2a) of the metal substrate (2) heated during step iii. ;
v. Carrying out the assembly of said metal substrate (2) and said film (3) by hot stamping, said metal substrate (2) being at a temperature higher than the lowest temperature among the melting points of PTFE, thermoplastic polymers semi-crystalline and the glass transition temperatures (Tg) of the amorphous thermoplastic polymers of layer (3a) at the time of assembly.
- les copolymères de tétrafluoroéthylène et de perfluoropropylvinyléther (PFA), les copolymères de tétrafluoroéthylène et d’hexafluoropropène (FEP), le polyfluorure de vinylidène (PVDF), les copolymères de tétrafluoroéthylène et de polyméthylvinyléther (MVA), les terpolymères de tétrafluoroéthylène, de polyméthylvinyléther et de fluoroalkylvinyléther (TFE/PMVE/FAVE), l’éthylène tétrafluoroéthylène (ETFE), et leurs mélanges
- les polyarylether cétones (PAEK), dont le polyether cétone (PEK), polyether ether cétone (PEEK), polyether cétone cétone (PEKK), polyether ether cétone cétone (PEEKK), polyether cétone ether cétone cétone (PEKEKK), préférentiellement le polyether ether cétone (PEEK)
- le polyamideimide (PAI), polyimide (PI), polyetherimide (PEI), polybenzymidazole (PBI)
- et leurs mélanges
- copolymers of tetrafluoroethylene and perfluoropropyl vinyl ether (PFA), copolymers of tetrafluoroethylene and hexafluoropropene (FEP), polyvinylidene fluoride (PVDF), copolymers of tetrafluoroethylene and polymethyl vinyl ether (MVA), terpolymers of tetrafluoroethylene, polymethyl vinyl ether and fluoroalkyl vinyl ether (TFE/PMVE/FAVE), ethylene tetrafluoroethylene (ETFE), and mixtures thereof
- polyarylether ketones (PAEK), including polyether ketone (PEK), polyether ether ketone (PEEK), polyether ketone ketone (PEKK), polyether ether ketone ketone (PEEKK), polyether ketone ether ketone ketone (PEKEKK), preferably polyether ether ketone (PEEK)
- polyamideimide (PAI), polyimide (PI), polyetherimide (PEI), polybenzymidazole (PBI)
- and their mixtures
- le polytétrafluoroéthylène (PTFE), les copolymères de tétrafluoroéthylène et de perfluoropropylvinyléther (PFA), les copolymères de tétrafluoroéthylène et d’hexafluoropropène (FEP), le polyfluorure de vinylidène (PVDF), les copolymères de tétrafluoroéthylène et de polyméthylvinyléther (MVA), les terpolymères de tétrafluoroéthylène, de polyméthylvinyléther et de fluoroalkylvinyléther (TFE/PMVE/FAVE), l’éthylène tétrafluoroéthylène (ETFE), et leurs mélanges ; préférentiellement le PTFE
- les polyarylether cétones (PAEK), dont le polyether cétone (PEK), polyether ether cétone (PEEK), polyether cétone cétone (PEKK), polyether ether cétone cétone (PEEKK), polyether cétone ether cétone cétone (PEKEKK), préférentiellement le polyether ether cétone (PEEK)
- le polyamideimide (PAI), polyimide (PI), polyetherimide (PEI), polybenzymidazole (PBI)
- les résines silicones
- et leurs mélanges, préférentiellement les mélanges de PTFE et de PEEK.
- polytetrafluoroethylene (PTFE), copolymers of tetrafluoroethylene and perfluoropropyl vinyl ether (PFA), copolymers of tetrafluoroethylene and hexafluoropropene (FEP), polyvinylidene fluoride (PVDF), copolymers of tetrafluoroethylene and polymethyl vinyl ether (MVA), terpolymers tetrafluoroethylene, polymethylvinyl ether and fluoroalkyl vinyl ether (TFE/PMVE/FAVE), ethylene tetrafluoroethylene (ETFE), and mixtures thereof; preferably PTFE
- polyarylether ketones (PAEK), including polyether ketone (PEK), polyether ether ketone (PEEK), polyether ketone ketone (PEKK), polyether ether ketone ketone (PEEKK), polyether ketone ether ketone ketone (PEKEKK), preferably polyether ether ketone (PEEK)
- polyamideimide (PAI), polyimide (PI), polyetherimide (PEI), polybenzymidazole (PBI)
- silicone resins
- and their mixtures, preferably mixtures of PTFE and PEEK.
- le polytétrafluoroéthylène (PTFE), les copolymères de tétrafluoroéthylène et de perfluoropropylvinyléther (PFA), les copolymères de tétrafluoroéthylène et d’hexafluoropropène (FEP), le polyfluorure de vinylidène (PVDF), les copolymères de tétrafluoroéthylène et de polyméthylvinyléther (MVA), les terpolymères de tétrafluoroéthylène, de polyméthylvinyléther et de fluoroalkylvinyléther (TFE/PMVE/FAVE), l’éthylène tétrafluoroéthylène (ETFE), et leurs mélanges ; préférentiellement les copolymères de tétrafluoroéthylène et de perfluoropropylvinyléther (PFA) et le PTFE; préférentiellement le PTFE
- les polyarylether cétones (PAEK), dont le polyether cétone (PEK), polyether ether cétone (PEEK), polyether cétone cétone (PEKK), polyether ether cétone cétone (PEEKK), polyether cétone ether cétone cétone (PEKEKK), préférentiellement le polyether ether cétone (PEEK)
- le polyamideimide (PAI), polyimide (PI), polyetherimide (PEI), polybenzymidazole (PBI
- les résines silicones
- et leurs mélanges, préférentiellement les mélanges de polyarylether cétones (PAEK) et de PTFE, préférentiellement les mélanges de PEEK et de PTFE ;
le PTFE étant particulièrement préféré.Method of manufacturing a coated cooking element (1) according to claim 13 characterized in that the film (3) further comprises at least one intermediate layer (3c) positioned between the layer (3a) and the other layer ( 3b), said intermediate layer (3c) comprising one or more polymers chosen from:
- polytetrafluoroethylene (PTFE), copolymers of tetrafluoroethylene and perfluoropropyl vinyl ether (PFA), copolymers of tetrafluoroethylene and hexafluoropropene (FEP), polyvinylidene fluoride (PVDF), copolymers of tetrafluoroethylene and polymethyl vinyl ether (MVA), tetrafluoroethylene, polymethylvinyl ether and fluoroalkyl vinyl ether (TFE/PMVE/FAVE) terpolymers, ethylene tetrafluoroethylene (ETFE), and mixtures thereof; preferably copolymers of tetrafluoroethylene and perfluoropropylvinyl ether (PFA) and PTFE; preferably PTFE
- polyarylether ketones (PAEK), including polyether ketone (PEK), polyether ether ketone (PEEK), polyether ketone ketone (PEKK), polyether ether ketone ketone (PEEKK), polyether ketone ether ketone ketone (PEKEKK), preferably polyether ether ketone (PEEK)
- polyamideimide (PAI), polyimide (PI), polyetherimide (PEI), polybenzymidazole (PBI
- silicone resins
- and their mixtures, preferably mixtures of polyarylether ketones (PAEK) and PTFE, preferably mixtures of PEEK and PTFE;
PTFE being particularly preferred.
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2022
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- 2023-07-28 WO PCT/FR2023/051213 patent/WO2024023476A1/en unknown
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