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Patent 2539629 Summary

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Claims and Abstract availability

Any discrepancies in the text and image of the Claims and Abstract are due to differing posting times. Text of the Claims and Abstract are posted:

  • At the time the application is open to public inspection;
  • At the time of issue of the patent (grant).
(12) Patent Application: (11) CA 2539629
(54) English Title: COMPOSITE STRUCTURE
(54) French Title: STRUCTURE COMPOSITE
Status: Dead
Bibliographic Data
(51) International Patent Classification (IPC):
  • B32B 27/34 (2006.01)
  • B32B 5/18 (2006.01)
(72) Inventors :
  • MYARD, PHILIPPE (France)
  • BRIOIS, JEAN-FRANCOIS (France)
(73) Owners :
  • RHODIA OPERATIONS (France)
(71) Applicants :
  • RHODIA INDUSTRIAL YARNS AG (Switzerland)
(74) Agent: ROBIC
(74) Associate agent:
(45) Issued:
(86) PCT Filing Date: 2004-09-17
(87) Open to Public Inspection: 2005-04-07
Examination requested: 2006-03-17
Availability of licence: N/A
(25) Language of filing: French

Patent Cooperation Treaty (PCT): Yes
(86) PCT Filing Number: PCT/FR2004/002357
(87) International Publication Number: WO2005/030477
(85) National Entry: 2006-03-17

(30) Application Priority Data:
Application No. Country/Territory Date
03 11114 France 2003-09-23

Abstracts

English Abstract

The invention relates to a composite structure, in particular to a sandwich structure comprising a structural layer (C1), a lightweight layer (C2) and optionally a reinforcing component made of rigid or semi-rigid foam and optionally a structural layer (C3). Said invention relates, in particular to a composite structure comprising a polyamide-based foam layer (C2), to a method for the production and use thereof.


French Abstract




La présente invention concerne une structure composite, notamment une
structure sandwich comprenant une couche C1 structurelle, une couche C2
d'allègement et éventuellement de renfort, en mousse rigide ou semi-rigide, et
éventuellement une couche C3 structurelle. L'invention concerne plus
particulièrement une structure composite comprenant une couche C2 en mousse à
base de polyamide, un procédé de fabrication et une utilisation de cette
structure.

Claims

Note: Claims are shown in the official language in which they were submitted.





13


REVENDICATIONS


1. Structure composite comprenant au moins :
.cndot. une couche C1 structurelle ;
.cndot. une couche C2 d'allègement en mousse rigide ou semi-rigide ; et
.cndot. éventuellement une couche C3 structurelle
caractérisée en ce que la mousse est une mousse à base de polyamide.

2. Structure composite selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'il
s'agit d'une
structure sandwich comprenant deux couches structurelles externes C1 et C3, et
une
couche d'allègement interne C2.

3. Structure composite selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'au
moins
une couche structurelle est une plaque ou une feuille.

4. Structure composite selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'au
moins une
couche structurelle est une plaque ou une feuille de métal ou d'un alliage
métallique
tel qu'un acier.

5. Structure composite selon l'une des revendications précédentes,
caractérisée en ce
que l'épaisseur de la couche structurelle est comprise entre 0,2 et 3 mm.

6. Structure composite selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle
présente une
épaisseur comprise entre 3 et 50 mm.

7. Structure composite selon l'une des revendications précédentes,
caractérisée en ce
que la densité de la mousse est inférieure à 300 kg/m3, de préférence comprise
entre
30 et 200 kg/m3.

8. Structure composite selon l'une des revendications précédentes,
caractérisée en ce
que le module de Young (module de compression) de la mousse est supérieur ou
égal à 30 MPa.

9. Structure composite l'une des revendications précédentes, caractérisée en
ce que la
mousse de polyamide est obtenue par injection de gaz dans le polyamide et/ou
incorporation de composés volatiles, d'agents porophores et/ou d'un composé
pouvant réagir avec le polyamide pour former du gaz, dans le polyamide.





14

10. Structure composite selon la revendication 9, caractérisée en ce que la
mousse est
obtenue à partir d'un mélange de polyamide et de polycarbonate.
11. Structure composite selon la revendication 10, caractérisée en ce que le
polycarbonate est un polycarbonate comprenant des noyaux aromatiques de
formule
Image
dans laquelle R1, R2, identiques ou différents, sont des atomes d'hydrogène,
d'halogène ou des radicaux alkyles ou haloalkyles comprenant entre 1 et 5
atomes
de carbone, chaque noyau aromatique pouvant être substitué par des radicaux
alkyles ou haloalkyles comprenant entre 1 et 5 atomes de carbone ; n est un
nombre
entier compris entre 40 et 300.
12. Structure composite selon la revendication 10 ou 11, caractérisée en ce
que le poids
moléculaire du polycarbonate est compris entre 5000 et 80000.
13. Structure composite selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisée
en ce que le
mélange comprend 0,5 à 20% en poids de polycarbonate par rapport au polyamide,
de préférence 5 à 15% en poids.
14. Structure composite selon l'une des revendications 10 à 13, caractérisée
en ce que la
mousse est obtenue par chauffage du mélange de polyamide et de polycarbonate à
une température supérieure ou égale à la température de fusion du polyamide.
15. Structure composite selon l'une des revendications précédentes,
caractérisée en ce
qu'au moins une couche structurelle est une plaque ou une feuille comprenant
une
matrice polymère thermoplastique ou thermodurcissable.
16. Structure composite selon la revendication 15, caractérisée en ce qu'au
moins une
couche structurelle est une plaque ou une feuille comprenant une matrice
polymère
thermoplastique ou thermodurcissable et des fibres de renfort, telles que des
fibres
de verre, de carbone, d'aramide, de polyimide, de quartz, de sisal, de
chanvre, de lin.




15


17. Structure composite selon la revendication 15 ou 16, caractérisée en ce
que la
matrice comprend un polyamide à structure étoile comportant :
~ des chaînes macromoléculaires étoiles comprenant un ou plusieurs coeurs
et au moins trois branches ou trois segments polyamides liés à un coeur,
~ le cas échéant des chaînes macromoléculaires polyamides linéaires,

18. Structure composite selon la revendication 17, caractérisée en ce que le
polyamide à
structure étoile est du type des polyamides obtenus par copolymérisation d'un
mélange de monomères comprenant au moins :
a) des monomères de formule générale (I) suivante :
Image
b) des monomères de formules générales (IIa) et (IIb) suivantes :
X-R2 Y (IIa) ou Image
c) éventuellement des monomères de formule générale (III) suivante :
Z-R3-Z (III)
dans lesquelles :
- R1 est un radical hydrocarboné comprenant au moins 2 atomes de carbone,
linéaire ou cyclique, aromatique ou aliphatique et pouvant comprendre des
hétéroatomes,
- A est une liaison covalente ou un radical hydrocarboné aliphatique pouvant
comprendre des hétéroatomes et comprenant de 1 à 20 atomes de carbone,
- Z représente une fonction amine primaire ou une fonction acide carboxylique,
- Y est une fonction amine primaire quand X représente une fonction acide
carboxylique
ou
- Y est une fonction acide carboxylique quand X représente une fonction amine
primaire,


16

- R2, R3 identiques ou différents représentent des radicaux hydrocarbonés
aliphatiques, cycloaliphatiques ou aromatiques substitués ou non comprenant
de 2 à 20 atomes de carbone et pouvant comprendre des hétéroatomes,
- m représente un nombre entier compris entre 3 et 8.
19. Procédé de préparation de la structure composite selon l'une des
revendications 1 à
18 comprenant une étape d'assemblage d'au moins les éléments suivants :
- (C1') : une couche structurelle ou un précurseur de cette couche ;
- (C2') une couche d'allègement en mousse à base de polyamide ou un
précurseur de cette mousse ; et
- éventuellement (C3') : une couche structurelle ou un précurseur de cette
couche.
20. Procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce que le précurseur de
la mousse
est une poudre ou une pièce comprenant une composition polyamide expansible
comprenant du polyamide et un agent d'expansion.
21. Procédé selon la revendication 20, caractérisé en ce que l'agent
d'expansion est un
polycarbonate.
22. Procédé selon l'une des revendications 19 à 21, caractérisé en ce que le
précurseur
d'au moins une couche structurelle est un article comprenant des fibres de
renfort.
23. Procédé selon la revendication 22, caractérisé en ce que le précurseur
d'au moins
une couche structurelle comprend
- un article comprenant des fibres de renfort ; et
- une matrice polymérique
24. Procédé selon la revendication 22, caractérisé en ce que le précurseur
d'au moins
une couche structurelle est un article comprenant des fils et/ou fibres de
renfort et des
fils et/ou fibres de matrice polymérique.
25. Procédé selon la revendication 24, caractérisé en ce que l'article est
sous forme de
fils continus ou coupés, de rubans, de mats, de tressés, de tissus, de
tricots, de
nappes, de multiaxiaux, de non-tissés et/ou de formes complexes comprenant
plusieurs des formes précitées.



17

26. Procédé selon l'une des revendications 19 à 25, caractérisé en ce que
l'assemblage
est réalisé par thermoformage ou calandrage des différents éléments (C1'),
(C2') et
éventuellement (C3'), les différents éléments étant thermoformés ou calandrés
simultanément ou successivement.
27. Procédé selon la revendication 26, caractérisé en ce que la matrice
polymérique
thermoplastique du précurseur d'au moins une couche structurelle est une
matrice
thermoplastique et en ce que la température lors du thermoformage ou du
calandrage
est supérieure ou égale à la température de fusion de la matrice
thermoplastique.
28. Utilisation de la structure composite selon l'une des revendications 1 à
18 pour la
réalisation de pièces d'automobile ou d'avion ou pour la réalisation
d'articles de sport
tels que des skis ou pour la réalisation de panneaux dans le bâtiment.


Description

Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.



CA 02539629 2006-03-17
WO 2005/030477 PCT/FR2004/002357
1
STRUCTURE COMPOSITE
La présente invention concerne une structure composite, notamment une
structure
sandwich comprenant une couche C1 structurelle, une couche C2 d'allègement et
éventuellement de renfort, en mousse rigide ou semi-rigide, et éventuellement
une
couche structurelle C3. L'invention concerne plus particulièrement une
structure
composite comprenant une couche C2 en mousse à base de polyamide, un procédé
de
fabrication et une utilisation de cette structure.
Les structures composites, notamment les structures sandwich sont employées
dans de nombreux domaines tels que l'aéronautique, l'automobile, l'industrie
des sports
et loisirs. Ces structures sont utilisées pour réaliser des articles de sport
tels que des skis
ou bien pour réaliser des surfaces diverses telles que des planchers spéciaux,
des
cloisons, des carrosseries de véhicules, des panneaux publicitaires etc. Les
structures
composites peuvent également étre employées pour la fabrication de couvertures
de
vérandas, de terrasses, de toitures, de balcons, de galeries, de murs
(bardage) étc. Dans
l'aéronautique ces structures sont utilisées notamment au niveau des carénages
(fuselage, aile, empennage). Dans l'automobile, elles sont utilisées par
exemple au
niveau des planchers, des supports tels que les tablettes arrière etc.
Des structures composites performantes sont recherchées pour ces diverses
applications. On cherche à obtenir des structures composites présentant de
bonnes
propriétés notamment de rigidité, de légèreté, de recyclabilité.
II est connu de fabriquer des structures composites avec une couche
d'allègement
interne présentant une structure nid d'abeille. Une structure en nid d'abeille
présentant
des cellules de forme hexagonale est par exemple connue. Cette structure
présente
notamment les inconvénients suivants : le coût de fabrication de cette
structure complexe
est important ; de plus, des phénomènes indésirables dus à la nature même de
cette
structure peuvent étre observés, notamment des phénomènes de remplissage
d'alvéoles
en cas d'infiltrations d'eau, et le phénomène « effet télégraphe ».
Des structures composites avec une couche d'allègement interne en mousse
polyuréthane sont également connues. Cependant les mousses polyuréthane
rigides ont
tendance à s'effriter et présentent de plus une faible résistance aux chocs et
à la fatigue.
Leur température de mise en oeuvre est également limitée.
La présente invention propose donc une structure composite ne présentant pas
ces
inconvénients, et présentant notamment de bonnes propriétés de rigidité, de
légèreté, de
recyclabilité.
La présente invention concerne donc une structure composite, notamment une
structure sandwich, comprenant au moins


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WO 2005/030477 PCT/FR2004/002357
2
~ une couche C1 structurelle
~ une couche C2 d'allègement et éventuellement de renfort, en mousse rigide ou
semi-rigide
~ éventuellement une couche C3 structurelle
la mousse étant une mousse à base de polyamide
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, la structure
composite est une
structure sandwich comprenant deux couches externes structurelles C1 et C3, et
une
couche interne d'allègement C2.
La couche structurelle de la structure composite se présente de préférence
sous
forme de plaque ou de feuille. Une plaque peut être formée de plusieurs
feuilles
présentant des orientations différentes les unes par rapport aux autres afin
d'obtenir une
plaque présentant de bonnes propriétés mécaniques. Les plaques ou feuilles
peuvent
avoir des dimensions variables. A titre d'exemple on peut citer comme
dimensions de
plaques pouvant convenir dans le cadre de l'invention, une plaque d'une
longueur de 2,5
m et d'une largeur de 1 m.
La couche structurelle peut être en métal tel que l'aluminium, en un alliage
métallique tel qu'un acier etc. Les plaques peuvent être laquées ou
recouvertes par tout
revêtement convenable.
L'épaisseur de la couche structurelle de la structure composite de l'invention
est
avantageusement comprise entre 0,2 et 3 mm.
La couche externe de la structure composite de l'invention peut comprendre
plusieurs couches.
De préférence l'épaisseur globale de la structure composite de l'invention est
comprise entre 3 et 50 mm.
La densité de la mousse de la structure de l'invention est de préférence
inférieure à
300 kg/m3, de préférence comprise entre 30 et 200 kg/m3. Moins la mousse est
dense,
plus la structure composite sera légère, ce qui présente de nombreux
avantages.
Le module de Young ou module de compression de la mousse de la structure
composite de l'invention est de préférence supérieure ou égale à 30 MPa. Ce
module
peut être mesuré selon une méthode décrite ci-dessous dans la partie
expérimentale. La
mousse de la structure de l'invention présente de préférence une bonne
résistance à la
compression, ce qui lui permet de conserver son intégrité et ses propriétés
lors d'un
éventuel écrasement de la structure. Cet écrasement peut survenir dans
certains
domaines d'application de la structure, par exemple lors de chocs violents
notamment.


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Le polyamide de l'invention est un polyamide du type de ceux obtenus par
polycondensation à partir de diacides carboxyliques et de diamines, ou du type
de ceux
obtenus par polycondensation de lactames et/ou aminoacides. Le polyamide de
l'invention peut être un mélange de polyamides de différents types etlou du
même type,
etlou des copolymères obtenus à partir de différents monomères correspondant
au
même type et/ou à des types différents de polyamide.
Le polyamide est avantageusement choisi dans le groupe comprenant le PA 4.6,
PA 6,PA 6.6, PA 6.9, PA 6.10, PA 6.12, PA 6.36, PA 11, PA 12 ou un polyamide
ou
copolyamide semi-aromatique semicristallin choisi dans le groupe comprenant
les
polyphtalamides, et les mélanges de ces polymères et de leurs copolymères.
Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, le polyamide est
choisi
parmi le polyamide 6, le polyamide 6,6, leurs mélanges et copolymères.
La mousse de polyamide rigide ou semi-rigide de l'invention peut être obtenue
selon toute méthode connue de l'homme du métier.
Elle peut être obtenue par injection de gaz sous pression dans le polyamide à
l'état
fondu.
La mousse peut également être obtenue par incorporation de porophores -charges
instables thermiquement- dans le polyamide à l'état fondu, qui libèrent un gaz
lors de leur
décomposition.
II est aussi possible d'obtenir la mousse de polyamide de l'invention par
introduction dans le polyamide à l'état fondu de composés qui se dissolvent
dans le
fondu, la mousse étant obtenue par volatilisation de ces composés.
La mousse peut aussi être obtenue à l'aide d'une réaction chimique dégageant
du
gaz, comme du dioxyde de carbone, par exemple en mettant en présence des
isocyanates et des lactames ainsi que des bases pour activer la polymérisation
anionique.
La mousse polyamide de l'invention est de préférence obtenue à partir d'un
mélange de polyamide et de polycarbonate. La mousse est obtenue par voie
chimique,
c'est-à-dire notamment par réaction chimique entre du polyamide et du
polycarbonate.
Le polycarbonate du mélange est avantageusement un polycarbonate comprenant
des noyaux aromatiques de formule
R1
*.~o / \ ~ / \ o_~
R2 O
dans laquelle R~, R2, identiques ou différents, sont des atomes d'hydrogène,
d'halogène ou des radicaux alkyles ou haloalkyles comprenant entre 1 et 5
atomes de


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carbone, chaque noyau aromatique pouvant étre substitué par des radicaux
alkyles ou
haloalkyles comprenant entre 1 et 5 atomes de carbone.
n est un nombre entier compris entre 40 et 300, préférentiellement entre 20 et
300.
Le poids moléculaire du polycarbonate de l'invention est de préférence compris
entre 5000 et 80000, plus préférentiellement entre 10000 et 40000.
De manière avantageuse, le mélange comprend 0,5 à 20% en poids de
polycarbonate par rapport au polyamide, de préférence 5 à 15% en poids.
La mélange de polyamide et de polycarbonate de l'invention peut également
comprendre, outre un polyamide et un polycarbonate, des agents porogènes qui
permettront d'amplifier le phénomène de moussage lors de la préparation de la
mousse à
partir du mélange. De tels agents porogènes sont connus de l'homme du métier.
Le mélange peut également comprendre d'autres additifs utiles pour la
préparation
ultérieure de la mousse, tels que des surfactants, des nucléants comme le
talc, des
plastifiants etc. Ces additifs sont connus de l'homme du métier.
Le mélange peut également comprendre des charges de renfort telles que des
fibres de verre ou du carbonate, des matifiants tels que le dioxyde de titane
ou le sulfure
de zinc, des pigments, des colorants, des stabilisants chaleur ou lumière, des
agents
bioactifs, des agents antisalissure, des agents antistatiques, des
ignifugeants, des
charges de haute ou faible densité etc. Cette liste n'a aucun caractère
exhaustif.
Le mélange de polyamide et de polycarbonate est réalisé selon toute méthode
connue de l'homme du métier pour réaliser un mélange, par exemple par mélange
intime
de poudres de polyamide et de polycarbonate, ou par mélange de granulés de
polyamide
et de polycarbonate. Le mélange peut étre réalisé à l'état fondu, par exemple
dans un
dispositif d'extrusion.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, la mousse est obtenue
par
chauffage du mélange de polyamide et de polycarbonate.
La température atteinte par chauffage doit être suffisante pour qu'il y ait
notamment
réaction entre le polyamide et le polycarbonate, ainsi qu'un dégagement gazeux
qui
conduit à la formation de mousse.
La température atteinte par chauffage est de préférence supérieure ou égale à
la
température de fusion du polyamide.
Un dispositif de mélange à vis peut étre utilisé lors du chauffage.
De préférence on utilise un dispositif d'extrusion bivis pour réaliser le
mélange et le
chauffage.
La couche C2 en mousse se présente généralement sous forme de plaque. Les
plaques peuvent être préparées selon toute méthode connue de l'homme du
métier. Par
exemple lorsque la mousse est préparée par mélange et chauffage dans un
dispositif


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d'extrusion, la plaque peut être mise en forme à l'aide d'un conformateur en
sortie de
filière.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, la couche
structurelle peut
comprendre une matrice polymère thermoplastique ou thermodurcissable,
généralement
5 renforcée avec des fibres de renfort, telles que des fibres de verre, de
carbone,
d'aramide, de polyimide, de quartz, de sisal, de chanvre, de lin.
Avantageusement la
matrice est un polymère thermoplastique.
De préférence la matrice est un polymère thermoplastique comprenant un
polyamide ou copolyamide aliphatique et/ou semicristallin, de préférence
choisi dans le
groupe comprenant le PA 4.6, PA 6,PA 6.6, PA 6.9, PA 6.10, PA 6.12, PA 6.36,
PA 11,
PA 12 ou un polyamide ou copolyamide semi-aromatique semicristallin choisi
dans le
groupe comprenant les polyphtalamides, et les mélanges de ces polymères et de
leurs
copolymères.
Ainsi selon ce mode de réalisation, la couche structurelle et la couche
d'allègement
de la structure composite de l'invention sont en polyamide, ce qui présente un
avantage
notamment pour le recyclage de ce type de structure.
Selon un mode de réalisation préférentiel de la structure de l'invention, la
matrice
de la couche structurelle comprend un polyamide à structure étoile comportant
des chaînes macromoléculaires étoiles comprenant un ou plusieurs coeurs
et au moins trois branches ou trois segments polyamides liés à un coeur,
le cas échéant des chaînes macromoléculaires polyamides linéaires,
Le polymère à structure étoile est un polymère comprenant des chaïnes
macromoléculaires étoiles, et le cas échéant des chaînes macromoléculaires
linéaires.
Les polymères comprenant de telles chaînes macromoléculaires étoiles sont par
exemple
décrits dans les documents FR 2 743 077, FR 2 779 730, EP 0 682 057 et EP 0
832 149.
Ces composés sont connus pour présenter une fluidité améliorée par rapport à
des
polyamides linéaires.
Avantageusement, le polyamide à structure étoile est du type des polyamides
obtenus par copolymérisation d'un mélange de monomères comprenant au moins
a) des monomères de formule générale (I) suivante
Ri~A Z~ CI)
m
b) des monomères de formules générales (11a) et (11b) suivantes


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6
O
I I
X-RZ Y (IIa) ou R\ ~ (IIb)
NH
c) éventuellement des monomères de formule générale (III) suivante
Z-R3-Z (III)
dans lesquelles
- R1 est un radical hydrocarboné comprenant au moins 2 atomes de carbone,
linéaire ou cyclique, aromatique ou aliphatique et pouvant comprendre des
hétéroatomes,
- A est une liaison covalente ou un radical hydrocarboné aliphatique pouvant
comprendre des hétéroatomes et comprenant de 1 à 20 atomes de carbone,
- Z représente une fonction amine primaire ou une fonction acide carboxylique,
- Y est une fonction amine primaire quand X représente une fonction acide
carboxylique
ou
- Y est une fonction acide carboxylique quand X représente une fonction amine
primaire,
- R2, R3 identiques ou différents représentent des radicaux hydrocarbonés
aliphatiques, cycloaliphatiques ou aromatiques substitués ou non comprenant
de 2 à 20 atomes de carbone et pouvant comprendre des hétéroatomes,
- m représente un nombre entier compris entre 3 et 8.
De préférence, le composé de formule (I) est choisi parmi la 2,2,6,6-tétra-([3-

carboxyéthyl)-cyclohexanone, l'acide trimésique, la 2,4,6-tri-(acide
aminocaproique)-
1,3,5-triazine et la 4-aminoéthyle-1,8-octanediamine. .
L'invention concerne également un procédé de préparation de la structure
composite décrite ci-dessus. Le procédé comprend une étape d'assemblage d'au
moins
les éléments suivants
- (C1') : une couche structurelle ou un précurseur de cette couche
- (C2') : une couche d'allègement et éventuellement de renfort, en mousse à
base
de polyamide ou un précurseur de cette mousse
- (C3') : éventuellement une couche structurelle ou un précurseur de cette
couche
Le précurseur de la mousse peut étre une composition polyamide expansible, par
exemple un mélange de polyamide et de polycarbonate tel que décrit ci-dessus.
Par
composition polyamide expansible on entend une composition polyamide pouvant
former


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une mousse sous certaines conditions de température et/ou de pression. En
général la
composition polyamide eXpansible comprend un polyamide et un agent
d'expansion.
L'agent d'expansion peut étre un gaz pouvant se disperser ou se dissoudre dans
le
polyamide à l'état fondu. Tout gaz connu de l'homme du métier pouvant se
disperser ou
se dissoudre dans le polyamide peut être utilisé. Le gaz est de préférence
inerte. On peut
citer comme exemple de gaz convenable dans le cadre de l'invention l'azote, le
dioxyde
de carbone, le butane etc.
L'agent d'expansion peut aussi étre un agent porogène. Tout agent porogène
connu de l'homme du métier peut être utilisé. II est introduit dans le
polyamide selon une
méthode connue de l'homme du métier. On peut citer comme exemple d'agent
porogène
le diazocarbonamide.
L'agent d'expansion peut également étre un composé volatile pouvant se
dissoudre
dans le polyamide à l'état fondu. Tout composé volatile connu de l'homme du
métier
pouvant se dissoudre dans le polyamide peut étre utilisé. On peut citer comme
exemple
de composé volatile convenable dans le cadre de l'invention le butanol.
L'agent d'expansion peut enfin étre un composé chimique pouvant réagir
chimiquement avec le polyamide par chauffage. Un gaz est généralement généré
lors de
cette réaction, gaz qui est à l'origine de l'expansion du mélange. L'agent
d'expansion
peut par exemple étre un polycarbonate.
La composition polyamide expansible peut se présenter sous forme de poudre, de
pièce (plaque) obtenue par exemple par injection contrôlée de manière à éviter
la
formation de mousse, de mélange à l'état fondu etc.
Le précurseur de la couche structurelle peut étre un article comprenant des
fibres
de renfort. L'article peut étre sous forme de fils continus ou coupés, de
rubans, de mats,
de tressés, de tissus, de tricots, de nappes, de multiaxiaux, de non-tissés
et/ou de formes
complexes comprenant plusieurs des formes précitées.
En plus des fibres de renfort, le précurseur de la couche structurelle
comprend de
préférence une matrice polymérique, par exemple sous forme de poudre, de film
etc. Le
précurseur de la couche structurelle peut être un article pré-imprégné, c'est-
à-dire un
tissu imprégné d'une résine, la résine comprenant un agent de durcissement en
vue d'un
durcissement ultérieur par chauffage.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le précurseur de la
couche
structurelle est un article comprenant des fils et/ou fibres de renfort et des
fils etlou fibres
de matrice polymérique.
Tout ce qui a été décrit précédemment concernant la matrice polymérique de la
structure composite de l'invention s'applique ici pour le précurseur,
notamment tout ce
qui concerne la nature de la matrice.


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Par fil, on entend un monofilament, un fil multifilamentaire continu, un filé
de fibres,
obtenu à partir d'un unique type de fibres ou de plusieurs types de fibres en
mélange
intime. Le fil continu peut étre également obtenu par assemblage de plusieurs
fils
multifilamentaires.
Par fibre, on entend un filament ou un ensemble de filaments coupés, craqués
ou
convertis.
L'article comprenant des fils et/ou fibres de renfort et des fils et/ou fibres
de matrice
polymérique, peut étre sous forme de fils continus ou coupés, de rubans, de
mats, de
tressés, de tissus, de tricots, de nappes, de multiaxiaux, de non-tissés et/ou
de formes
complexes comprenant plusieurs des formes précitées.
Toute méthode d'assemblage de différentes couches peut étre utilisée dans le
cadre du procédé de l'invention.
Les différents éléments (C1'), (C2'), et éventuellement (C3') peuvent être
assemblés simultanément ou successivement, par exemple par collage. Le collage
est
réalisé selon toute méthode connue de l'homme du métier pour assembler des
éléments
d'une structure composite à plusieurs couches. Par exemple on peut encoller
les
différents éléments avec un film d'adhésif compatible avec le matériau des
éléments.
Selon un mode de réalisation particulier du procédé de l'invention,
l'assemblage est
réalisé par thermoformage ou calandrage des différents éléments (C1'), (C2')
et
éventuellement (C3') décrits ci-dessus. Les différents éléments sont
thermoformés ou
calandrés simultanément ou successivement. Par exemple on peut thermoformer ou
calandrer simultanément l'ensemble couche (C1'), couche (C3') et
éventuellement
couche (C2'). On peut également thermoformer ou calandrer l'ensemble couche
(C1') et
couche (C2'), puis thermoformer ou calandrer la couche (C3') et l'ensemble
couche (C1')
et couche (C2').
Cette étape peut étre réalisée par chauffage, puis presse à froid des divers
éléments (emboutissage).
Généralement cette étape est réalisée à chaud et sous pression.
De façon générale, les procédés de thermoformage utilisés mettent en oeuvre
des
basses pressions (inférieures à 20 bars et éventuellement sous vide), des
températures
inférieures à 270°C, et des temps courts (inférieurs à 15 minutes).
Cette étape permet notamment d'obtenir une bonne adhésion entre la couche
d'allègement et la couche structurelle.
Selon un mode de réalisation particulier du procédé de l'invention, la
température
lors du thermoformage ou du calandrage est supérieure ou égale à la
température de
fusion de la matrice polymérique du précurseur de la couche structurelle,
lorsque ce


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précurseur comprend un article comprenant des fibres de renfort et une matrice
polymérique.
La température de fusion relativement élevée du polyamide de la mousse permet
la
mise en oeuvre de températures élevées lors de la préparation des structures
composites, ce qui n'est pas possible avec les mousses connues. En effet la
mousse
polyamide fond à une température plus élevée que les mousses de l'art
antérieur telles
que les mousses polyuréthane.
La température lors du thermoformage ou du calandrage est de préférence
supérieure ou égale à la température de fusion de la matrice polymère
thermoplastique
de la couche structurelle, lorsque celle-ci comprend une matrice polymère
thermoplastique.
Lorsque la couche structurelle de la structure composite est une plaque ou une
feuille comprenant une matrice polymère thermoplastique, l'assemblage de la
mousse à
la couche structurelle peut être réalisé grâce à la fusion de la matrice lors
du
thermoformage ou du calandrage, qui s'insère dans les pores de surface de la
mousse,
et qui joue alors le rôle d'un adhésif en se solidifiant. De plus, si la
température de
thermoformage ou de calandrage est plus ou moins égale à la température du
polyamide
de la mousse, une fusion partielle de la mousse au niveau du point de contact
de la
mousse et de la couche structurelle peut se produire, et cette partie de
mousse fondue
peut également jouer un rôle d'adhésif, en se solidifiant.
L'invention concerne également l'utilisation de la structure composite décrite
ci-
dessus pour la réalisation de pièces d'automobile ou d'avion ou pour la
réalisation
d'articles de sport tels que des skis ou pour la réalisation de panneaux dans
le bâtiment
D'autres détails ou avantages de l'invention apparaitront plus clairement au
vu des
exemples donnés ci-dessous uniquement à titre indicatif.
Test de mesure du module de Youna de la mousse
Le test est réalisé sur un échantillon de mousse de 20 mm de diamètre et de 25
mm
d'épaisseur, à l'aide d'un appareil INSTRON 1185, dans des conditions de
température
de 23°C et de taux d'humidité relative de 50%.
Le module de Young est déterminé à partir de la courbe force-déplacement,
enregistrée
à l'aide de l'appareil, fonctionnant à une vitesse de déplacement est de
20mm/min.


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Test de mesure de la densité de la mousse
La densité est mesurée sur des échantillons usinés aux dimensions 100x100x15
mm.
Ces éprouvettes sont ensuite pesées avec une balance de précision, selon la
norme
ASTM D 3748-98.
EXEMPLES
Exemple 1 : Préparation d'une couche C2 en mousse polyamide
10 Des granulés de PA66 commercialisés par la société Rhodia Engineering
Plastics sous la
référence A 216 Naturel ~ (90% p/p) sont mélangés avec des granulés de
polycarbonaté
commercialisés par la société Bayer sous la référence Makrolon 2205~ (10%
p/p). Le
mélange est mis en étuve une nuit sous vide partiel et balayage d'azote. Ce
mélange est
utilisé pour alimenter une extrudeuse bi-vis équipée d'une filière à lèvre. Le
profil de
température de la bi-vis est le suivant : (en °C) 270-280-280-280-280-
280. La vitesse de
rotation de la bi-vis est réglée à 250 tour.min-'. L'extrudat est mis en forme
dans un
conformateur et refroidi sur un banc de transport avant d'être scié et mis en
forme sous
forme de plaque, par exemple de 10 cm de large et de 1 cm d'épaisseur. Le
débit
d'alimentation de l'extrudeuse est de 15kg/h. Ces plaques sont de densité
moyenne 0,15.
Le module de Young de ces plaques est de 43,3 MPa. La Figure 1 représente la
courbe
contrainte l déformation de la mousse polyamide de l'exemple 1 (courbe A) , et
celle de
la mousse polyméthacrylimide PMI (courbe B) commercialisée par la société
Degussa
sous la référence Rohacell 71 IG~ (module de young : 57,9 MPa, densité
d=0,08), à titre
comparatif. Sur cette figure, l'abscisse correspond à la déformation (%) et
l'ordonnée à la
contrainte (mPa). Contrairement à la mousse polyamide, la mousse
polyméthacrylimide
PMI casse au-delà de 27% de déformation.
Exemales 2 et 3 : Préparation d'une couche structurelle : plaaue semi-finie de
polyamide
6 étoile et de fils de renfort
Matrice utilisée : polyamide 6 étoile, obtenu par copolymérisation à partir de
caprolactame en présence 0,5% en moles de 2,2,6,6-tétra(~i-
carboxyéthyl)cyclohexanone, selon un procédé décrit dans le document FR
2743077,
comprenant environ 80% de chaînes macromoléculaires étoiles et 20% de chaînes
macromoléculaires linéaires, d'indice de fluidité en phase fondue mesuré à
275°C sous
1000 g de 55 g/10 minute.
Une série d'essais à été réalisée à partir d'un fil multifilaments de
polyamide 6 Etoile,
présentant un titre par brin compris entre 3 et 8 dTex et une ténacité voisine
de 15-20
cN/Tex. Un tel multifilament est assemblé, lors d'une opération de tissage
multiaxial, avec


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un fil de renfort continu de carbone hautes performances, comprenant 12.000
filaments
(exemple 2), ou avec un fil de renfort de verre, présentant un titre de 600
Tex (exemple
3). Afin de valider la haute fluidité de la matrice à l'état fondu, des tissus
multiaxiaux sont
réalisés à partir de couches élémentaires, définies comme suit:
Couche élémentaire
Pli n°1 : fil de renfort - orientation : - 45°
Pli n°2 : fil de renfort - orientation : +45°
Pli n°3 : fil Polyamide 6 Etoile (matrice) - orientation :
90°
Un composite stratifié est ensuite réalisé en plaçant plusieurs couches
élémentaires
(entre 2 et 10) du tissu obtenu dans un moule présentant une forme de plaque,
sous une
presse à plateaux chauffants, pendant une durée de 1 à 3 minutes, sous une
pression
comprise entre 1 et 20 Bars et une température supérieure à la température de
fusion du
Polyamide 6 étoile (230-260°C). Après refroidissement jusqu'à une
température de 50-
60°C, le composite est démoulé. Le taux massique de renfort est alors
compris entre 60-
70%.
Exemale 4: Préparation d'une structure composite sandwich avec deux couches
externes structurelles C1 et C3, et une couche interne d'allègement C2.
Deux composites stratifiés selon l'exemple 2 (couches C1 et C3) sont placés de
part et d
'autre d'une couche C2 de mousse préparée selon l'exemple 1. L'ensemble est
placé
entre les plateaux d' une presse à plateaux chauffants de dimensions 270mm x
270mm à
240°C pendant 10 minutes sous 15 bars, puis refroidi sous pression à
130°C et démoulé.
On obtient une structure sandwich avec une très bonne intégrité de la mousse
et une
bonne cohésion des couches entre elles.
Exemale 5: Préparation d'une structure composite sandwich avec deux couches
externes structurelles C1 et C3, et une couche interne d'allèaement C2.
Deux composites stratifiés selon l'exemple 3 (couches C1 et C3) sont placés de
part et d
'autre d'une couche C2 de mousse préparée selon l'exemple 1. L'ensemble est
placé
entre les plateaux d'une presse à plateaux chauffants de dimensions 270mm x
270mm à
240°C pendant 10 minutes sous 15 bars, puis refroidi sous pression à
130°C et démoulé.
On obtient une structure sandwich avec une très bonne intégrité de la mousse
et une
bonne cohésion des couches entre elles.


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Exemple 6 : Préparation d'une structure composite sandwich avec deux couches
externes structurelles C1 et C3 et une couche interne d'allèqement C2
Deux plaques d'aluminium, de dimension 270 x 270 mm et d 'épaisseur 1 mm, et
dont la
couche protectrice a été éliminée (couches C1 et C3), sont placées de part et
d 'autre
d'une couche C2 de mousse préparée selon l'exemple 1. L'ensemble est placé
entre les
plateaux d'une presse à plateaux chauffants de dimensions 270mm x 270mm à
240°C
pendant 10 minutes sous 15 bars, puis refroidi sous pression à 130°C et
démoulé. On
obtient une structure sandwich avec une très bonne intégrité de la mousse et
une bonne
cohésion des couches entre elles.

Representative Drawing
A single figure which represents the drawing illustrating the invention.
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(87) PCT Publication Date 2005-04-07
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Examination Requested 2006-03-17
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Registration of a document - section 124 $100.00 2007-02-19
Maintenance Fee - Application - New Act 3 2007-09-17 $100.00 2007-08-20
Registration of a document - section 124 $100.00 2008-07-02
Maintenance Fee - Application - New Act 4 2008-09-17 $100.00 2008-08-18
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Document
Description 
Date
(yyyy-mm-dd) 
Number of pages   Size of Image (KB) 
Abstract 2006-03-17 2 76
Claims 2006-03-17 5 187
Drawings 2006-03-17 1 8
Description 2006-03-17 12 651
Representative Drawing 2006-05-29 1 6
Cover Page 2006-05-30 1 34
Drawings 2008-07-15 1 8
Claims 2008-07-15 5 184
Abstract 2008-07-15 1 11
Description 2008-07-15 12 644
Representative Drawing 2008-12-04 1 7
PCT 2006-03-17 3 104
Assignment 2006-03-17 5 131
Correspondence 2006-05-26 2 32
Assignment 2007-02-19 2 74
Prosecution-Amendment 2008-03-19 3 86
Prosecution-Amendment 2008-07-15 21 732
Assignment 2008-07-02 7 191