Brevet FR2291007A1 — publié le 19760611

La présente invention est du domaine des pièces composites plastique-élastomère comportant éventuellement des inserts métalliques. Elle vise plus particulièrement un procédé destiné à con férer à l'élément en élastomère une précontrainte statique lors de la réalisation de pièces composites plastique-élastomère. Ici et dans ce qui suit le terme élastomère pourra être remplacé par caoutchouc, sans que cette dernière dénomination apporte une quelconque limitation à la portée de l'invention. L'utilisation de pièces composites plastique-caoutchouc est connue, tant pour les applications automobiles que dans les industries diverses. Le matériau plastique est essentiellement destiné, dans ces applications, à remplacer les matériaux métalliques. Ces derniers prennent en général la forme d'inserts ou d'armatures de fixation. Comme les inserts métalliques, les inserts en matière plastique sont liés à l'élément caoutchouc par collage ou par adhésion chimique. En général, les inserts métalliques ou plastiques sont recouverts d'une ou de plusieurs couches d'adhésif. Ils sont ensuite placés dans le moule, à l'intérieur duquel est introduit l'élastomère, par l'un des procédés classiques de moulage : compression, transfert ou injection. Un inconvénient réside dans le fait que la température à laquelle s'effectue cette opération, est de l'ordre de 150 à 160 C. Certains plastiques deviennent mous à cette température, ce qui rend délicate, voire impossible, la mise en forme. Parmi les applications, on peut citer : les paliers et articulations élastiques, les soufflets de rotules, certains accouplements de transmission, des supports élastiques, des modules filtrants, des joints spéciaux. Il est d'autre part connu que, lors de l'utilisation de certaines pièces mécaniques composites métal-caoutchouc ou plastiqu# caoutchouc, il faut éviter le travail en traction de l'élément caoutchouc, ceci pour assurer un bon comportement en endurance lors de sollicitations mécaniques. Pour éviter cette mise en tension, on a recours en général 'a une opération complémentaire destinée à assurer la précontrainte des éléments en élastomère, de façon, d'une part à compenser le retrait inhérent au matériau qui se produit toujours après moulage, d'autre part à lui procurer une précontrainte de compression, compensant la déformation éventuelle lors d'une sollicitation en sens inverse. On peut citer, à titre d'exemples, les opérations de retreint ou de dudgeonnage des articulations élastiques ou la pose d'une sangle de précompression pour les accouplements avec éléments en élastomère, cette dernière n'étant enlevée qu'après mise en place de l'accouplement entre arbre menant et arbre mené. La précontrainte est maintenue dans ce dernier cas par la fixation mécanique des bossages de l'accouplement sur les flasques d'entratnement. Le procédé faisant l'objet de la présente invention permet d'une part d'éviter la déformation des éléments en plastique due à la température élevée, nécessitée par le moulage des éléments caoutchouc, d'autre part d'obtenir la précontrainte de ces derniers sans opération supplémentaire, ce qui a pour conséquence l'abaissement du prix de revient du produit obtenu. Selon l'invention, on réalise au préalable par moulage, boudinage ou tout autre moyen de fabrication, les éléments en caoutchouc. Ceux-ci sont donc vulcanisés et peuvent éventuellement être eux-mêmes adhérés, collés ou simplement surmoulés sur des inserts métalliques. Ces derniers peuvent être d'ailleurs seulement emmanchés dans les éléments en caoutchouc. Le procédé selon l'invention est en outre caractérisé par le fait que l'on place dans un moule destiné à l'injection de la matière plastique au moins un élément en élastomère préalablement durci et éventuellement collé ou adhéré à au moins un insert métallique, de façon à conférer audit élément en élastomère, au moyen de la pression d'injection de la matière plastique lors du remplissage du moule,- une précontrainte dont la permanence est assurée par le durcissement de la matière plastique lors de son refroidissement. On réalise ainsi un surmoulage des éléments caoutchouc ou caoutchouc-métal. Ce surmoulage peut également se faire avec collage ou ad#hésion chimique entre plastique et caoutchouc. Le premier avantage de ce mode de réalisation réside dans le fait que, l'injection d'une matière plastique étant en général effectuée dans un moule froid ou à température peu élevée (50 C maximum), il n'y a pas à craindre la déformation à chaud d'un élément, qu'il soit en plastique ou en élastomère. Un second avantage du procédé selon l'invention réside dans le fait que l'on utilise la pression d'injection du plastique pour obtenir la précontrainte des éléments caoutchouc ou caoutchoucmétal. Cette pression, variable suivant la nature de la matière plastique utilisée, est de l'ordre de 40 à 50 Méga Pascal et peut même atteindre, dans certains cas, la valeur de 100 Oméga Pascal. Cette valeur est largement suffisante pour assurer la précontrainte d'éléments en élastomère, meme si leur dureté est élevée. La matière plastique arrive dans le moule à l'état pâteux plus ou moins fluide sous ces fortes pressions, vient comprimer les éléments caoutchouc ou caoutchouc-métal préalablement placés dans le moule, durcit en prenant Sa forme définitive donnée par l'empreinte du moule. Après démoulage et refroidissement, la précontrainte des éléments en élastomère, enchâssés dans la masse de la matière plastique - qui est en général plus rigide que l'élastomère lui-même - est ainsi conservée. Pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, il a fallu concevoir des moules présentant des évidements destinés à recevoir l'élastomère incompressible par nature, repoussé par la pression d'injection de la matière plastique. La position des canaux d'injection doit être également cboisie de façon appropriée afin d'obtenir un bon remplissage et d'éviter que le matériau thermoplastique n'aille remplir ces évidements, ce qui empêcherait la déformation correcte de l'élément caoutchouc assurant la précontrainte. N'importe quelle matière thermoplastique et n'importe quel élastomère durci peuvent être utilisés dans le procédé selon l'invention, pourvu qu'ils présentent les caractéristiques appropriées pour que la pièce composite obtenue satisfasse aux normes prescrites. Ce procédé est notamment utilisable pour réaliser des articles ou pièces d'accouplement de direction de véhicules automobiles et d'articulations élastiques diverses. Cette liste d'application n'est cependant pas limitative. L'invention sera mieux comprise à la lecture des exemples d'application suivants, en se référant au dessin annexé sur lequel: - la figure 1 est une vue en perspective d'un accouplement élastique de direction de véhicule automobile - la figure 2 est une vue en coupe axiale d'un élément moulé en élastomère - la figure 3 est une vue latérale de l'élément de la figure 2 associé à un insert métallique - la figure 4 est une vue en coupe axiale d'une forme d'articulation élastique plastique-élastomère-métal - la figure 5 est une vue en coupe axiale d'une autre forme d'articulation élastique plastique-élastomère-métal ; et, - la figure 6 est une vue en coupe transversale d'un palier élastique. Exemple d'asplication à la réalisation d'un accouplement élastique de direction de véhicule automobile Un tel accouplement est représenté sur la figure 1. Il comprend quatre éléments en caoutchouc t du type représenté sur la figure 2, noyés dans un ensemble en matière plastique injectable, et quatre oeillets métalliques 2 pour la fixation. Il est monté par rivetage entre deux brides de fixation, l'une liée à l'arbre menant À (côté volant de direction), l'autre à l'arbre mené B (coté crémaillère). La flexibilité de torsion est obtenue grâce à la souplesse radiale des éléments caoutchouc et la flexibilité en conique, grâce à la souplesse conique de ces éléments. La réalisation d'une telle pièce s'effectue par le procédé objet de l'invention, à savoir - moulage de quatre éléments 1 en caoutchouc, - emmanchement des oeillets dans ces éléments, - mise en place des quatre ensembles obtenus dans un moule destiné à l'injection du matériau plastique, - injection de ce dernier par des canaux placés radialement par rapport à chaque élément caoutchouc. Sous la pression régnant alors dans l'empreinte du mpule, le caoutchouc vient se serrer sur l'oeillet métallique et s'étirer le long de ce dernier comme cela se produit lors de l'opération de retreint d'une articulation élastique 2. Le moule comporte des dégagements à chaque extrémité de l'élément en caoutchouc dans lequel vient se loger celui-ci lors de son étirage sous la poussée d'injection du plastique. Dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, il n'y a ni collage, ni adhésion entre l'élément caoutchouc et l'oeillet métallique. L'opération consistant à coller ou à adhérer le caoutchouc au métal peut être effectuée sans rien modifier à la méthode selon l'invention. De même, on peut effectuer un collage ou une adhésion chimique entre le caoutchouc et le matériau plastique. La colle ou l'adhésif peuvent être préalablement déposés sur les éléments caoutchouc, la liaison plastique-caoutchouc pouvant alors s'effectuer soit pendant l'injection du plastique, soit lors d'un chauffage ultérieur par passage à l'étuve de la pièce composite. Exemple d'application à la réalisation d'articulations élastiques Le type le plus connu d'articulation élastique est constitué d'un cylindre caoutchouc placé entre deux tubes. Le tube intérieur est généralement en acier mi-dur, car il doit résister à l'effort statique de serrage lors du montage. Cet effort se traduit en effet par une contrainte de flambage, aussi les dimensions du tube et les caractéristiques du matériau utilisé doivent être choisies de manière à éviter toute déformation. L'élément caoutchouc peut être, soit simplement emmanché entre les deux tubes, soit collé ou adhéré à l'un d'entre eux ou aux deux à la fois. Comme il a été indiqué précédemment, il est nécessaire, pour obtenir un bon comportement en endurance d'une telle pièce, d'appliquer une précontrainte radiale permanente sur l'élément caoutchouc. Le maintien de cette précontrainte est le rôle essentiel du tube extérieur. Dans le cas où l'élément caoutchouc vulcanisé est simplement emmanché entre les tubes, le tube extérieur - généralement en acier doux - joue en quelque sorte le rôle de frette. Dans le cas où l'élément caoutchouc est adhéré pendant la vulcanisation au tube extérieur, on procède en général sur la pièce, à une opération supplémentaire de retreint après moulage. La présente invention supprime cette opération supplémentaire de retreint. En effet, l'articulation élastique représentée par exemple sur la figure 4, composée d'un tube intérieur 4, d'un élément élastique 5 - supposé pour cet exemple adhéré sur le tube4. et d'un tube extérieur 6 en matériau plastique injectable, peut être obtenu de la manière suivante - moulage dans un moule pour caoutchouc de l'ensemble 4, 5, le caoutchouc 5 étant vulcanisé et adhéré sur le tube 4, - surmoulage de cet ensemble dans un moule pour matière plastique injectable. Sous la pression d'injection du plastique, l'élément caoutchouc est comprimé radialement et s'allonge dans le sens axial, sous réserve que des évidements prévus à cet effet, à chaque extrémité de l'empreinte du moule, lui laissent la possibilité d'occuper le volume offert. La figure 5 montre un autre exemple d'articulation élastique, réalisée selon l'invention, à savoir une articulation du type à "butée axiale", permettant de subir un effort axial important dans le sens de la butée. Le procédé, objet de la présente invention, permet d'autre part, d'obtenir facilement des formes complexes de l'armature extérieure en plastique, ce qui autorise des montages adaptés à la forme du logement. La figure 6 représente un exemple parmi d'autres d'une telle réalisation. Une telle pièce constitue un palier élastique utilisable, par exemple, comme palier de barre stabilisatrice de véhicule automobile. Il est bien évident que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation précités dont elle englobe toutes les modifications et variantes issues-du même principe de base. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de pièces composites plastique élastomère, comportant éventuellement des inserts métalliques, caractérisé par le fait que l'on place dans un moule destiné à l'injection de la matière plastique au moins un élément en élastomère préalablement durci et éventuellement collé ou adhéré à au moins un insert métallique, de façon à conférer audit élément en élastomère, au moyen de la pression d'injection de la matière plastique lors du remplissage du moule, une précontrainte dont la permanence est assurée par le durcissement de la matière plastique lors de son refroidissement. 2-. Procédé selon la~revendication 1, caractérisé par le fait que le moule utilisé comporte des évidements dans lesquels vient se loger l'élastomère, lorsqu'il est repoussé par la pression d'injection du plastique. 3. Moules utilisés dans la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 et 2. 4. Articles moulés composites présentant une précontrainte des inserts en élastomère ou en élastomère-métal, caractérisés par le fait qu'ils sont obtenus par le procédé selon la revendication 1 en utilisant les moules selon la revendication 3.