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STRATIFIE A BASE DE MICA OU PAPIER DE MICA.
Objet de l'invention
La présente invention est relative à un stratifié de mica ou à base de papier de mica, notamment un stratifié renforcé qui présente une résistance améliorée à la traction exercée perpendiculairement aux plans de clivage des stratifiés.
Arrière-plan technologique de l'invention
Le mica est une matière anisotrope. Les propriétés mécaniques des minerais sont extrêmement différentes selon que l'on considère les directions parallèles ou perpendiculaires aux couches cristallines.
En effet, le mica est un phylosilicate ayant une structure en feuillets très caractéristique. Les efforts de traction que supporte le matériau varient fortement selon la direction. A titre d'exemple, les résistaces à la traction dans la direction caractéristique sont les suivantes :
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<tb>
<tb> Direction <SEP> de <SEP> l'effort <SEP> de <SEP> 1 <SEP> Muscovite <SEP> 1 <SEP> Phlogopite
<tb> traction <SEP> 1 <SEP> 1
<tb> Parallèle <SEP> aux <SEP> plans <SEP> de <SEP> 1 <SEP> 1
<tb> clivage <SEP> 1 <SEP> 750 <SEP> MPa <SEP> 1 <SEP> 320 <SEP> MPa
<tb> Perpendiculairement <SEP> aux
<tb> plans <SEP> de <SEP> clivage <SEP> 1 <SEP> 0,2 <SEP> MPa <SEP> 1 <SEP> 0,2 <SEP> MPa
<tb>
Cette caractéristique est à l'origine du procédé de désintégration des mica avec formation de paillettes permettant la constitution de papier de mica.
Le papier de mica est formé de paillettes dont l'épaisseur varie entre 5 et 12 microns environ, alors
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que les dimensions latérales des paillettes varient de 80 à 2000 microns environ. Le facteur de forme (rapport dimension latérale/épaisseur) est donc important. Il est dans la plupart des cas supérieur à 100.
En considérant l'épaisseur du papier de mica, on se trouve donc en présence d'une superposition de paillettes d'environ 10 microns d'épaisseur, elles-mêmes constituées d'une multitude de couches monocristallines d'en-
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viron 10 A d'épaisseur.
Ces paillettes sont extrêmement résistantes dans le sens de leur plan mais éminemment fragiles dans le sens perpendiculaire à leur plan.
En résumé, si l'on considère une feuille de papier mica d'épaisseur moyenne, soit par exemple 100 microns, on peut considérer qu'elle est formée par la superposition d'environ une dizaine de paillettes de 10 microns d'épaisseur et que ces paillettes sont elles-mêmes formées de la juxtaposition de plusieurs centaines de
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couches monocristallines d'environ 10 A d'épaisseur.
Lorsque l'on constitue un stratifié, on imprègne le papier de mica au moyen d'une résine et ensuite on polymérise cette résine qui, de ce fait, solidarise les paillettes les unes aux autres par un réseau. 0n peut de même empiler plusieurs feuilles imprégnées avant pressage, de façon à obtenir finalement un stratifé de plus grosse épaisseur. Les propriétés de ce stratifié sont fonction des propriétés des paillettes et de la résine.
Dans la direction des plans des paillettes, les propriétés sont données par la formule des mélanges : - m1ca. m1ca reS1ne. reS1ne. dans laquelle = la résistance à la traction du composite #mica et #résine = les résistances à la traction du mica et de la résine Volmica et Vclrésine = les proportions volumiques de mica et de résine
Il en est, en première approximation, de même pour la direction perpendiculaire aux couches de mica.
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On constate que les propriétés en traction dans cette direction du stratifié sont extrêmement faibles parce que proches de celles du mica.
Cela s'explique d'autant plus que les paillettes se recouvrent et offrent une barrière quasi continue empêchant des liaisons directes de résine entre les deux surfaces. La formule des mélanges n'est plus applicable et l'on obtient des résultats de l'ordre 0,5 MPa, à peine supérieur à la résistance à la traction du mica lui-même (perpendiculairement aux plans de clivage).
Buts de l'invention
Dans certaines applications, il est souhaitable d'avoir également dans le sens perpendiculaire au plan de clivage, des propriétés mécaniques meilleures.
Par exemple, si l'on considère un panneau décoratif constitué par un substrat sur lequel on a apposé une plaque de micanite et ensuite une couche de décoration, il faut éviter que la couche superficielle ne se délaine trop facilement.
Eléments essentiels de l'invention
Les buts de la présente invention sont atteints par un stratifié à base de mica ou papier de mica imprégné d'une résine synthétique, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de renforcement transversal le traversant de part en part, essentiellement perpendiculairement aux plans de clivage du mica et/ou des couches.
Selon une première forme d'exécution, ces moyens de renforcement transversal consistent en des rivets ou colonnes de résine synthétique.
On constate que de tels rivets ou de telles colonnes renforcent notablement la résistance à la traction perpendiculairement aux plans de clivage du mica ainsi que la résistance au délaminage des couches. En effet, lesdits rivets ou colonnes constituent une ossature reliant les deux surfaces extérieures sur lesquelles est exercé l'effort de traction.
Il est bien évident qu'à l'échelle microscopique, le produit n'est pas homogène ; mais on peut prévoir
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des rivets en un nombre relativement important et de petites dimensions en vue d'obtenir une homogénéité suffisante en fonction de l'application recherchée.
Il y a encore lieu de noter que la résine synthétique peut être une résine époxy, une résine silicone, une résine phénolique ou toute autre résine connue et couramment utilisée dans le domaine concerné.
De manière analogue, le terme mica englobe toutes les formes cristallines du mica, notamment la muscovite, la phlogopite,... etc.
Sachant que la résine époxy, par exemple, présente une résistance à la traction de l'ordre de 250 MPa, il suffirait, lorsque l'on cherche à atteindre une résistance à la traction supérieure à 2 MPa, de prévoir 2/250, soit 1%, de la surface du stratifié, constitué par la section desdits rivets. Si l'on considère la résine silicone ayant une résistance à la traction de l'ordre 125 MPa, un raisonnement analogue permet de déduire que 1, 5 à 2% de surface au moins doivent être occupés par la section desdits rivets, en vue d'obtenir une résistance à la traction du stratifié de l'ordre de 2 MPa.
Etant donné que les rivets ou colonnes n'occu-
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pent qu'une faible proportion de la surface du stratifié .,. ou du papier de mica, les autres propriétés des composites à base de mica ne s'en trouvent pas altérées ; on pense notamment à la réaction au feu.
Conformément à la présente invention, et selon une première variante, le stratifié à base de mica ou de papier de mica comportant des rivets ou colonnes de résine synthétique est obtenu par les étapes opératoires suivantes : - perçage de trous à distances régulières dans un papier de mica ou un stratifié à base de mica ou de papier de mica par exemple par matriçage ; - éventuellement empilage de plusieurs produits obtenus à l'étape précédente ; - imprégnation du produit obtenu à l'aide d'une résine synthétique ;
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- éventuellement empilage de plusieurs produits obtenus à l'étape précédente ; - éventuellement contrecollage simple ou double face du stratifié de mica sur un substrat tel qu'un tissu de verre ; - transformation visant à amener la résine d'imprégnation au stade B.
Le stratifié ainsi obtenu peut ensuite être posé ultérieurement sur la surface à protéger ou sur un support tel qu'une âme structurée d'un élément de construction et être solidarisé à celle-ci pendant une cuisson ultérieure qui permet également la polymérisation.
En outre, on peut poser le stratifié obtenu comme précédemment sur la surface à protéger ou sur un support tel qu'une âme structurée d'un élément de construction, et procéder à une seconde imprégnation avant d'effectuer la cuisson et donc la polymérisation des résines d'imprégnation.
Il est bien évident que, dans le cas où l'on empile plusieurs feuilles de papier de mica ou de strati- fié à base de mica, il y a lieu de veiller à la concordance des perçages ou des colonnes de résine, selon que l'empilage se fasse avant ou après l'imprégnation. En pratique il est assez difficile d'obtenir une concordance parfaite et les termes"colonne ou rivet de résine"englobent également le cas d'un léger décalage des perçages ou colonnes d'une feuille à l'autre dans le stratifié.
On peut également envisager de pratiquer des perçages de diamètre différent, les perçages de diamètre différent, les rivets ou colonnes de résine d'une première feuille étant plus petits que que ceux ou celles d'une deuxième feuille. De cette façon, un léger décalage garantit malgré tout une concordance.
Selon une deuxième variante, le stratifié à base de mica ou de papier de mica comportant des rivets ou colonnes de résine synthétique est obtenu par les étapes opératoires suivantes : - imprégnation d'un papier de mica ou d'un stratifié de
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mica ou de papier de mica à l'aide d'une résine synthé- tique ; - perçage de trous à distances régulières, éventuellement par matriçage ; - éventuellement empilage de plusieurs produits obtenus à l'étape précédente ; - éventuellement contrecollage simple ou double face du- stratifié perforé sur un substrat tel qu'un tissu de verre ou analogue ; - éventuellement empilage de plusieurs produits obtenus à l'étape précédente ; - seconde imprégnation du produit obtenu à l'aide d'une résine synthétique ;
et - transformation visant à amener la résine d'imprégnation au stade B.
Comme précédemment, le produit obtenu peut être posé sur une surface à protéger ou un autre support et être solidarisé à celui-ci pendant une cuisson ultérieure.
Selon une troisième variante, on passe par un produit intermédiaire vendable qui consiste en un stratifié de mica ou de papier de mica imprégné d'une résine synthétique, muni de trous à distances régulières et éventuellement contrecollé sur un substrat, produit obtenu par les étapes opératoires suivantes : - imprégnation d'un papier de mica ou d'un stratifié à base de mica ou de papier de mica, à l'aide d'une résine synthétique ; - perforation de trous à distances régulières dans le produit imprégné ; - éventuellement contrecollage simple ou double face du produit obtenu sur un substrat tel qu'un tissu de verre ou analogue.
Le produit ainsi obtenu peut être déposé sur une surface à protéger et être soumis ensuite à polymérisation.
Le produit obtenu précédemment peut également être déposé sur une surface à protéger, subir une deuxième imprégnation et être ensuite soumis à polymérisation.
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Selon une quatrième variante, le stratifié a base de mica ou de papier de mica comportant des rivets ou colonnes de résine synthétique est obtenu par les étapes opératoires suivantes : - perçage de trous dans un papier de mica ou un stratifié à base de mica ou de papier de mica, par exemple par matriçage ;
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- éventuellement empilage de plusieurs produits obtenus à l'étape précédente ; - imprégnation du produit obtenu, à l'aide d'une résine synthétique ; - éventuellement contrecollage simple ou double face du stratifié obtenu sur un substrat tel qu'un tissu de verre ou analogue ; et - polymérisation de la résine synthétique.
La peau ainsi obtenue peut être collée au moyen d'un adhésif ou une colle non comprise dans le produit initial sur un objet à protéger, tel qu'un élément de construction ou sur un support tel qu'une âme d'un élément de construction, notamment une âme en nid d'abeilles.
Selon une cinquième variante, le stratifié à base de mica ou de papier de mica comportant des rivets ou colonnes de résine synthétique est obtenu par les étapes opératoires suivantes : - imprégnation d'un papier de mica ou d'un stratifié de mica ou de papier de mica à l'aide d'une résine synthé- tique ; - perçage de trous dans le produit imprégné ;
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- éventuellement empilage de plusieurs produits obtenus à l'étape précédente ; - seconde imprégnation à l'aide d'une résine synthétique ; - éventuellement contrecollage simple ou double face sur un substrat tel qu'un tissu de verre ; - polymérisation de la ou des résines d'imprégnation.
Il est bien évident que chacune des opérations susmentionnées est connue en soi et est mise en oeuvre selon des techniques classiques. Notons encore que le contrecollage peut s'effectuer à l'aide de la résine
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d'imprégnation qui sera polymérisée au cours d'une étape ultérieure en vue de parfaire le collage. Par ailleurs, la peau ainsi obtenue peut être collée au moyen d'un adhésif ou une colle non comprise dans le produit initial sur un objet à protéger ou un élément de construction ou un support tel qu'une âme en nid d'abeilles.
On peut également revêtir le produit obtenu selon l'une quelconque des variantes d'exécution susmentionnées d'une feuille décorative connue en soi.
Il est bien évident que, dans le cas de l'utilisation comme support d'un élément de construction du type sandwich comportant une âme en nid d'abeille, lorsque les cellules ont une dimension donnée, par exemple entre 3 et 10 mm de côté, le produit composite présente également une constitution non homogène et il est, par conséquent, inutile de rapprocher les rivets à une distance inférieure à la dimension de la structure en nid d'abeilles.
Selon une deuxième forme d'exécution de la présente invention, les moyens de renforcement transversal consistent en un fil résistant reliant les diverses couches du stratifié de mica ou de papier de mica à la manière d'une couture. De cette façon, on obtient à espaces réguliers des renforcements transversaux donnant au stratifié les propriétés désirées à l'échelle des distances entre points. La résistance transversale peut être augmentée à volonté en fonction de la densité des points et de la résistance du fil utilisé.
De préférence, les points de couture sont espa- cés et disposés en forme de zigzag.
Selon une forme d'exécution particulièrement préférée, les fils sont tendus de telle sorte que les noeuds se situent dans l'épaisseur du stratifié.
Avantageusement, les lignes de points en zig-zag sont espacées de telle sorte que les points de croisement
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sont également espacés et disposés de manière équidisj tante, la distance entre deux points étant de l'ordre de 5 à 10 mm.
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Le stratifié décrit ci-dessus peut être obtenu par les étapes opératoires suivantes : - imprégnation d'un stratifié de mica ou de papier de mica à l'aide d'une résine synthétique ; - éventuellement contrecollage simple ou double face sur un substrat tel qu'un tissu de verre ou analogue ; - couture des couches du stratifié entre elles à l'aide d'un fil résistant ; - éventuellement, seconde imprégnation à l'aide d'une résine synthétique ; - éventuellement contrecollage simple ou double face sur un substrat tel qu'un tissu de verre ou analogue ; - polymérisation de la ou des résines d'imprégnation.
Le fil doit bien entendu résister aux conditions de pression et de température utilisées notamment pour la polymérisation de la ou des résines d'imprégnation ainsi qu'aux conditions d'utilisation.
Le fil doit notamment, de préférence, être incombustible. Il peut par exemple consister en un fil de verre.
La surface du stratifié peut être maintenue lisse, si l'on règle, lors de la couture, la tension du
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fil de telle sorte que les noeuds se trouvent dans J'- l'épaisseur du stratifié.
Le stratifié ainsi obtenu peut, comme précédemment, être contre-collé sur un substrat ou servir de couche de protection d'un élément de construction ou de tout autre objet. Il peut également servir de feuille support d'un élément du type"sandwich", notamment à âme alvéolaire. Dans ce cas, on adapte la distance entre points de couture aux dimensions des alvéoles.
L'invention est décrite plus en détail ci-dessous dans les exemples et à l'appui des figures dans lesquelles : - la figure l est une vue en plan d'une feuille de papier de mica conforme à l'invention, et - la figure 2 est une vue analogue d'une feuille conforme
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N à une autre forme d'exécution dans laquelle les couches
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sont réunies par un fil les traversant à la manière d'une couture en zigzag.
A la figure 1, on a représenté une feuille de papier de mica l percée de trous 3 par matriçage. Les trous occupent une partie de surface relativement faible et traversent la feuille de part en part. Lesdits trous sont remplis d'une résine d'imprégnation, notamment larésine d'imprégnation du papier de mica et constituent ainsi des rivets ou colonnes.
Exemple 1 :
On considère un panneau courbe destiné à habiller intérieurement la paroi latérale d'un avion. Ce panneau courbe comporte en outre des ouvertures prévues pour les hublots.
Sur la partie inférieure d'un moule (presse du type sac à vide), on dispose un tissu de verre préimprégné au stade b (non encore polymérisé) de 175 g/m2, imprégné de silicone. Sur celui-ci on applique ensuite une couche de structure en nid d'abeilles de 6 mm de hauteur ayant des cellules de 2 mm de côté.
On applique ensuite un film adhésif enduit d'un adhésif silicone et une soie de verre pré imprégnée au stade b de 150 g/m2 et finalement un papier de mica de 120 g/m2 enduit par 30% de résine silicone au stade B.
Le papier de mica est percé par matriçage de petits trous de 3 mm de diamètre distants de 10 mm. Le tout est recouvert d'un décoratif LHRO de Schneller, applicable à chaud.
Le produit obtenu est alors pressé dans le moule du type sac à vide pendant une période de 2 heures à la température de 200 C. Il en ressort une forme gauche prête pour l'habillage latéral d'un avion et suffisamment cohérente et solide et particulièrement bien adaptée pour avoir une bonne résistance au feu.
La résistance à la traction perpendiculaire à la face du panneau, selon la spécification IGC0426-275 de l'aérospatiale donne un résultat de 2, 4 MPa.
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Exemple 2 : 0n considère un panneau plan destiné à constituer les parois de séparation intérieures des avions entre les différents compartiments.
Le coeur du panneau est constitué par un panneau en nid d'abeille de 9,6 mm d'épaisseur, du type HRH 10-3/ 16-3.0 (2) de 9,6 mm d'épaisseur (HEXCEL).
Sur chacune des faces on colle au moyen d'un film adhésif une peau constituée par deux couches de tissu de verre de 180 g/mm2 ainsi qu'une feuille de papier de mica de 120 g/m2 percée de trous de 2 mm de diamètre distants de 6mm, le tout étant imprégné à raison de 45% en poids de résine phénolique polymérisée.
Dans une opération ultérieure, on vient alors appliquer à froid, sur chacune des faces, un papier décoratif du type LHR (Schneller) autocollant.
Le panneau ainsi constitué a été soumis à l'essai à la traction perpendiculaire selon la spécification IGC 0426-275 A de l'aérospatiale. Le résultat est de 2,2 MPa.
Exemple 3 :
On considère quatre couches de papier de mica présentant une épaisseur de 0, 1 mm et imprégnées à raison de 16% de résine époxy prépolymérisée au stade B.
Ces quatre couches sont superposées et l'on procède à une couture en zigzag sur toute la surface.
Les rangées et écartements des points sont agencés de manière tels qu'il y ait un point tous les 5 mm environ pour les points appartenant à une même couture ou à des coutures parallèles.
Le fil utilisé est constitué par un fil de verre dont la résistance à la traction mesure 6 kg.
L'ensemble est ensuite soumis à un cycle de pressage sous haute température.
On obtient un stratifié dont la surface est lisse et dont la résistance au délaminage est fortement augmentée.
En effet, l'essai de traction perpendiculaire
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aux surfaces de stratifié donne un résultat de 1, 5 MPa.
Exemple 4 :
On considère un stratifié de quatre couches de papier de mica de 0, l mm d'épaisseur et imprégnées à raison de 12% d'une résine silicone-prépolymérisée au stade B. Ces quatre couches sont ensuite superposées.
On considère, en outre, deux couches de papierde mica contrecollées sur un voile de verre de 34gr/m2, très fin, et imprégnées à raison de 18% d'une résine silicone prépolymérisée au stade B.
Ces deux couches sont placées de part et d'autre de l'empilement précédent de telle sorte que les voiles de verre soient tournés vers l'extérieur de l'empilement.
Cet ensemble de couches est alors cousu en zigzag sur toute la surface, les écartements de points et de rangées de points étant tels qu'il y ait un point tous les 8 mm environ pour les points appartenant à une même couture ou à des coutures voisines.
Le fil utilisé consiste en un fil de verre dont la résistance à la traction est de 10 kg.
L'ensemble est ensuite soumis à un cycle de pressage sous haute température. 0n obtient un stratifié dont la surface est relativement lisse et dont la résistance au délaminage est fortement augmentée.
En effet, l'essai de traction perpendiculaire aux surfaces de stratifié donne un résultat de 2, 8 MPa.