Brevet FR2334485A1 — publié le 19770708

La présente invention concerne un procédé d'assemblage de deux pièces réalisées chacune en une matière thermoplastique, en particulier d'un globe et d'un socle de feu de véhicule automobile ou de projecteur de cycle. Lors de la fabrication d'objets de nature très diverse, on est amené, de plus en plus fréquemment, à souder des pièces réalisées en matières thermoplastiques, en particulier en des matières thermoplastiques de nature différente . Bien souvent, du fait de la constitution particulière de certains matériaux thermoplastiques, une simple soudure par fusion s'avère irréalisable dans la pratique ou bien conduit à une liaison de très mauvaise qualité, Cette remarque s'applique en particulier à la soudure de matières thermoplastiques présentant des caractéristiques physicochimiques fondamentalement différentes les unes des autres ou bien ayant des orientations moléculaires différentes. C'est ainsi que, dans le cas particulier de la fabrication de feux arrières pour véhicules automobiles, on se trouve par exemple amené à assembler un globe en polyméthylméthacrylate avec un socle réalisé en une autre matière plastique très courante, de qualité inférieure, telle que le polypropylène. Si l'on tente d'obtenir une telle soudure par interfusion des deux matières , on ne peut, dans le meilleur des cas, obtenir qu'une liaison de très mauvaise qualité, c'est-à-dire faiblement résistante aux chocs et présentant une très mauvaise étanchéité. Pour assembler diverses pièces en matière thermoplastique difficilement soudable par interfusion, il est également possible de faire appel à des colles. D'une manière très générale, ces colles sont des résines thermodurcissables qui sont longues à sécher ou à polymériser à la température ambiante. Ceci constitue donc un inconvénient majeur,notamnent dans le cas de channes de fabrication à cadence rapide. En effet, dans la majorité des cas, on ne peut diminuer le temps de prise en chauffant ces colles ou en y aJoutant un catalyseur, étant donné que de telles interventions influencent défavorablement la qualité du collage. Dans divers cas particuliers il s'avère même souvent impossible de trouver une résine ou une colle qui soit compatible avec deux matières thermoplastiques de nature très différente.Enfin, il convient de préciser que de telles colles ou résines, dans la mesure où elles existent, présentent en outre l'inconvénient d'être d'un coût très élevé. La présente invention se rapporte donc à un procédé d'assemblage de deux pièces de matière thermoplastique permettant d'éviter les inconvénients précités. Conformément à la présente invention, le procédé d'assemblage se caractérise par le fait que l'on presse les deux pièces l'une contre l'autre avec interposition dans la zone d'assemblage d'au moins un élément de liaison qui, lorsqutil est chauffé dans une gamme de températures déterminée, est susceptible de venir s'ancrer dans la matière thermoplastique après avoir provoqué le ramollissement de cette dernière. Conformément au procédé de l'invention on effectue les diverses étapes suivantes * on met en regard les deux pièces qui sont destinées à être assemblées * on interpose entre lesdites pièces au moins un élément de liaison comportant des zones d'ancrage * on chauffe ledit élément de liaison * on rapproche les deux pièces de part et d'autre de l'élément de liaison à l'état chauffé qui pénètre ainsi dans la masse de la matière thermoplastique de chacune des deux pièces ayant subi un ramollissement au voisinage dudit élément, Jusqu a ce que les deux pièces viennent en contact l'une de l'autre, et * on laisse refroidir l'ensemble constitué par les deux pièces et l'élément de liaison pour que la matière thermoplastique repasse à l'état solide en noyant complètement ledit élément de liaison. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'opération de rapprochement des deux pièces se trouve prolongée jusqu'à l'obtention d'une interpénétration, au moins superficielle, des zones de matière ramollie au contact de l'élément de liaison. Selon une mise en oeuvre préférentielle du procédé de l'invention, ledit élément de liaison affecte la forme d'une spirale métallique. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'élément de liaison métallique est chauffé par induction. Selon une autre caractéristique de l'invention, on utilise des pièces dont les parties à assembler affectent des formes homologues. On décrira ci-après la présente invention plus en détail, en se référant à une mise en oeuvre particulière du procédé de l'invention illustré par les dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente, en coupe, les deux parties des pièces destinées à être assemblées dans la position qu'elles occupent Juste avant l'opération d'assemblage - la figure 2 représente, de façon schématique, les deux pièces de la figure 1,une fois qu'elles ont été assemblées - les figures 3 et 4 se rapportent à l'application du procédé de l'invention à l'assemblage du globe et du socle d'un feu de véhicule automobile, et - la figure 5 représente une vue schématique d'une installation permettant la mise en oeuvre du procédé de l'invention. On rappellera tout d'abord très brièvement que des matières sont dites thermoplastiques lorsque, en fonction de la température à laquelle elles sont soumises, elles présentent de fa çon réversible l'état rigide, l'état plastique, l'état plastoélastomérique, 1V état élastomérique solide et l'état élastomé- rique fluide. Le procédé selon la présente invention permet donc d'assembler des pièces réalisées en de telles matières thermoplastiques qu'elles soient de même nature ou de nature différente.Parmi les matières thermoplastiques susceptibles d'être assemblées par le procédé de l'invention, on peut citer à. titre d'exemples : les polyvinyles tels que les polyvinylamides en particulier le polyacrylamide ; les polyvinylphénols ; les copolymères en particulier le chlorure de polyvinyl-vinylidène, le polyméthyl-styrène acrylonitrile et le polystyrène acrylonitrile ; les halocarbures polyvinyliques, en particulier le chlorure de polyvinylchlorure, le polydichloro(#,5)styrène, le polyvinylchlorure (rigide), l'organosol, le polyvinylchlorure cellulaire rigide, le polyvlnyltrifluorclore, le polyvinylidène chlorure plastifie et le polyvinyltetrafluor; les hydrocarbures polyvinyliques, en particulier le polybutylène, le polyéthylène, le polyéthylène irradié, le polyméthylstyrène, le polypropylène, le polystyrène, le polyvinylbenzène et le polyvinylcarbazol les polyvinylacétals, en particulier le polyvinylacétal, le polyvinylbutyral et le polyvinylformal ; les polyvinylesters, en particulier le polyméthylalphachloracrylate, le polyméthylméthacrylate et le polyvinylacétate (plastifié) ; les polyuréthanes réticulés, en particulier le polyglycéryl adipate-2,4tolylène diisocyanate + charge organique ou minérale ; les polyéthers à chaînes carbonées, en particulier le poly-2,2 bichlorométhyl-1-mthoxypropane et le polyoxyéthylène ; les polyéthers à chaînes siliciées, en particulier le silicone dimêthyle + tissu verre ; les polyénesters, tels que les polymaléates réticulés, en particulier le styro polyéthylène glycol maléate et le styro polypropylène glycol maléate ; les polyesters réticulables, en particulier la gomme laque ; les polyépoxydes tels que les résines polyépoxyhydroxydiéth@rs, en particulier le polyépoxydiéthylène glycol, le po#yépoxydiphényl- ol cvclohexyle, le polyépoxydiphénylolpropane,et le polyépoxy- éthylène glycol ; les oléopolyesters di4thers, en particulier le polyépoxydichénylol propane + tuile de lin, le polyépoxy- diphénylolpropane + allyloxy trim#thylolphénol, le polyépoxy diphényloîpropane + formo-mélamine + formo-uree, le polyépoxydiphénylolpropane + diéthylène diamine + diéthylène diamine + fibre de verre, le polyépoxydiphénylolpropane + éthylène diamine + fibre de verre et le polypoxydiphénylclpropane + méthylamine + alumine ; les polydiènes tels que les isopréniques, en particulier le chloropolyisoprène plastifié, le c:rloropolyisoprc'ne butadiène, l'oxypolyisoprène et le thiooxypolyisopr#ne ; les polyoyclènes, en particulier le polyindUne coumarone ; les polyamides tels que les polyariinoacides, en particulier le olycaprolactame ; les polydiamino-dD##oides, en particulier le polyhexaméthylène adipamide, le polyhexaméthylène sébaçamide, le polypentaméthylène sébaçamide et le polyundecanamide ; le polyaminoacide diaminodiacide ; les acétaldéhydiques formaldéhydiques, en particulier le formo-aniline et le formo-sulfonamide. Conformément à la mise en oeuvre du procédé de l'invention, on commence par mettre en regard les parties 10 et 12 des deux pièces 14 et 16 qui sont destinées à être assemblées. Conformément à une caractéristique essentielle de l'invention, on interpose entre les parties 10 et 12 un élément de liaison 1E qui est susceptible d'être porté à une certaine température, et ceci indépendamment des deux pièces thermoplastiques.Lorsque 1V élément de liaison 18 est mis en place entre les deux parties 10 et 12 à assembler, et lorsque ces dernières occupent approximativement une position relative telle qu'illustrée à la figure 1, on chauffe ledit élément de liaison 18 au moyen d'une source de chaleur appropriée. il convient ici de bien remarquer que seul l'élément de liaison 18 doit être chauffé. il est bien évident que selon une variante du procédé de l'invention il est parfaitement possible de chauffer l'élément de liaison 18 de façon préalable et donc de le mettre en position déjà à l'état chauffé. On exerce ensuite une pression sur les deux pièces 14 et 16 en vue de les rapprocher et de faire pénétrer l'élément de liaison 18 dans la masse de la matière thermoplastique de chaque pièce 14 et 16. Au voisinage de l'élément 18 chauffé, les parties 14 et 16 desdites pièces subissant un ramollissement qui autorise la pénétration dudit élément de liaison. L'élément de liaison 18 est par exemple chauffe à une température de l'ordre de 150 à 3000C en vue de provoquer le ramollissement des matières thermoplastiques au voisinage desquelles il se trouve 2 placé. La pression, par exemple de tordre de 1 à 5 kg/cm exercée sur la ou les pièces 14 et 15 tend donc à faire pénétrer l'élément de liaison 18 au sein même de la matière thermoplastique.Au fur et à mesure que ledit élément de liaison vient se noyer dans la matière, la zone de ramollissement a tendance à s'étendre au sein de la masse thermoplastique. Lorsque l'élément de liaison 18 se trouve complètement noyé dans la masse de matière thermoplastique au voisinage de la jonction 20 entre les deux pièces 14 et 16, on interrompt le chauffage de l'élément de liaison 18. Lors de son refroidissement, la matière thermoplastique repasse à l'état solide et l'on obtient ainsi l'assemblage des deux pièces 14 et 16. Si l'on interrompt l'opération de rapprochement des deux pièces Juste au moment où elles viennent en contact l'une de l'autre, et que l'on laisse refroidir l'ensemble ainsi obtenu, on obtient un pont de matière, par exemple métallique, reliant les deux pièces de matière thermoplastique. Dans un grand nombre de cas, il est également possible de poursuivre l'opération de rapprochement des deux pièces 14 et 16, de manière à obtenir entre elles un contact plus intime. En d'autres termes on prolonge l'opération de rapprochement jusqu'à l'obtention d'une interpénétration, au moins superficielle, des zones de matière ramollie au contact de l'élément de liaison 18. Un tel état "soudé" se trouve illustré de façon très schématique à la figure ;?. il est bien évident que la ligne pointillée 22 n'existe pas dans la réalité, étant donné qu'au voisinage de la Jonction on est en fait en présence d'une zone d'interfusion dont les contours sont mal définis. 3ien entendu, l'élément de liaison 18 peut affecter une forme quelconque, par exemple une forme de baguette, de fil ou analogue, et peut être réalisé en une matière quelconque susceptible d'être chauffée indépendamment de la matière plastique. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, l'élément de liaison 18 est constitué par un élément métallique qui peut donc, par exemple, être chauffé de façon classique par effet de résistance. On sait par ailleurs qu'une matière électriquement conductrice, placée dans un champ magnétique variable, est le sIège de courants induits dits "courants de Foucault". Leur circulation se traduit par un effet Joule, et entraîne donc l'apparition d'énergie thermique dans la masse conductrice. On utilisera en conséquence, dans le cadre de la présente invention, de façon très avantageuse un mode de chauffage par induction de l'élément de liaison métallique 18. Ce moyen de chauffage permet de porter ltélément métallique 1; a une tempe-rature de l'ordre de 150 à 3000C sans pour autant échauffer directement la masse thermoplastique voisine. Dans le cas où l'élément de lia son 18 affecte la forme d'une spirale métallique, on obtient une fois l'assemblage terminé un pont de matière métallique assurant un parfait ancrage des deux pièces. L'utilisation d'une spirale présente également l'avantage de parfaitement s'adapter à des lignes de jonction ayant des tracés plus ou moins compliqués. En raison de sa souplesse,une telle spirale peut notamment s'adapter très facilement aux angles arrondis de globes ou de socles de feux de véhicule automobile ou de projecteurs de cycle. il convient enfin de bien remarquer que l'utilisation d'une spirale métallique statère très intéressante, car elle permet à la matière thermoplastique pâteuse de fluer entre les spires etdeserépandre facilement au centre de la spirale. Dans ce cas particulier chaque boucle dé la spirale constitue en fait une zone d'ancrage qui viendra se noyer dans la masse de matière thermoplastique. Dans le cas particulier de la fabrication de feux de véhicule automobile ou de projecteursde cycle, on comprend aisément que le scellement thermique par interfusion des deux matières thermoplastiques, qui assure l'étanchéité, peut cependant ne pas être suffisant pour assurer un bon assemblage mécanique. C'est la raison pour laquelle, on utilisera de façon avantageuse deux pièces 14 et 16 dont les parties à assembler 7V et 12 affectent des formes homologues. Comme cela se trouve représenté aux figures 1 à 4, la pièce 15 présentera par exemple sur sa partie à assembler 12 une gorge 24, alors que la partie 13 de la seconde pièce 14 présentera un bourrelet 26 correspondant destiné à venir s'engager dans ladite gorge 24. La gorge 24 assure de facon avantageuse un maintien en place initial de l'élément de liaison 1E et évite donc que ce dernier ne s'échappe lorsque l'on exerce une pression tendant à rapprocher les deux pièces. Par ailleurs, les formes homologues des deux parties 10 et 12 assurent également un guidage relatif d'une pièce par rapport à l'autre lors de l'opération de rapprochement. De façon générale, il est avantageux que l'élément de liaison 18 soit placé au centre des surfaces des plages à réunir, et que cet élément de liaison le soit de largeur plus faible que lalargeur des plages à assembler. Ceci permet notamment de porter l'élément de liaison 18 à une température relativement élevée, voisine de la température de fusion de l'une des pièces tllermo- plastiques, sans pour autant porter les bords de l'autre pièce une température à laquelle ils se trouveraient à 11 état élastomérique fluide, c'est-à-dire un état ayant une résistance mécanique nulle.En d'autres termes, pareille caractéristique permet d'obtenir une température suffisamment élevée pour réaliser un parfait assemblage thermique des deux matières en conservant rigoureusement intactes les formes extérieures de chacune des deux pièces, et principolement les formes de la pièce thermoplastique atteignant en premier son état élastomé- rique fluide. Ceci permet donc d'e-viter toute déformation des bords des pics au voisinage de leur zone d'assemblage. Selon une variante de réalisation du procédé selon l1inven- tion, il est également possible d'interposer entre les deux pieces à assembler un agent plastifiant qui, lors du chauffage, se diffusera dans les zones de masse thermoplastique voisine de l'élément de liaison Ic, Cet agent plastifiant a pour fonc tion d'amollir plus rapidement la masse thermoplastique permettant ainsi d'obtenir plus rapidement et/ou plus facIlement une masse thermoplastique pâteuse necessaire pour assurer la pénétration de l'élément de liaison dans la matière therTnoplas- tique et éventuellement leur scellement thermique par ,nterfu- sion. melon une mise en oeuvre particulière du procédé de l'invention, l'agent plastifiant peut être ajouté simultanément a l'élément de liaison, par exemple en faisant appel a un élément de liaison enrobé 'un agent plastifiant ou d'une matière ther moplaztique contenant un tel agent plastifiar#4.. Le procédé de la présente invention peut être appliqué à l'assemblage de#divers types de pièces de matière thermoplastique et notamment à l'assemblage du globe et du socle d'un feu de véhicule automobile ou d'un projecteur de cycle. Dans le cas particulier où l'on applique ce procédé à la fabrication de feux de véhicule automobile ou de projecteur de cycle, l'une des pièces 14 est réalisée en un verre organique, tel qu'une résine de polystyrène, ou une résine méthacrylique comme le polyméthylméthacrylate, alors que la seconde partie 12, constituant le socle, est réalisée en une matière plastique plus usuelle et meilleur marché, telle que par exemple le polypropylène. Dans pareil cas, il est préférable de faire figurer la gorge précitée 24 dans l'élément opaque ou socle 16.En examinant la figure 2, on comprendra en effet aisément que l'élément de liaison 18 vient alors se noyer dans la masse thermoplastique en une position telle qu'il ne se trouve plus visible de l'extérieur. La figure 5 illustre de façon schématique une installation destinée à permettre la mise en oeuvre du procédé de scellement thermique selon l'invention. Cette installation comporte une enclume 28 de maintien en position de la pièce 12, sur laquelle vient s'appuyer la seconde pièce 14. L'installation comporte en outre une bobine inductrice 30 qui se situe exactement à la jonction des deux pièces 12 et 14, c'est-à-dire passant par un plan contenant l'élément de liaison métallique 18. L'installation comporte en outre un boîtier de commande 32 comportant une source haute fréquence connectée à l'inducteur 30, ainsi que des moyens permettant de commander ladite source haute fréquence. La description de l'alimentation haute fréquence ne sera pas décrite ici plus en détail, étant donné que son peut utiliser n'importe quel type de source haute fréquence approprié, tel que par exemple un oscillateur à tube à vide.Bien entendu, l'installation selon l'invention doit également comporter des moyens permettant d'exercer une pression sur la seconde pièce 14, ces moyens n'étant pas représentés en détail mais simplement illustrés par la présence de la flèche F sur la figure 5. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas au procédé de scellement thermique décrit mais il est parfaitement possible, sans pour autant sortir du cadre de la présente invention, d'en imaginer diverses variantes de détail et de l'appliquer à l'assemblage d'un très grand nombre d'objets réalisés en diverses matières thermoplastiques. C'est ainsi qu'il convient par exemple de rappeler que le chauffage de l'élément de liaison peut être réalisé avant ou pendant l'opération de rapprochement des pièces à assembler et que le chauffage peut être plus ou moins prolongé pendant l'opération de serrage des pièces. On rappellera également qu'en fonction des matières thermoplastiques utilisées, de la température de l'élément de liaison, de la pression exercée et de la durée de rapprochement des pièces, on pourra obtenir soit un simple pont de matière métallique assurant l'assemblage des pièces, soit un tel ancrage complété par un soudage par interfusion plus ou moins profonde des deux matières thermoplastiques en contact. #L'VENi)iCATIONS 1.- Procédé d'assemblage de deux pièces réalisées chacune en une matière thermoplastique, caractérisé par le fait que l'on presse les deux pièces l'une contre l'autre avec interposition dans la zone d'assemblage d'au moins un élément de liaison qui, lorsqu'il est chauffé dans une gamme de températures déterminée, est susceptible de venir s'ancrer dans la matière thermoplastique après avoir provoqué le ramollissement de cette dernière. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on effectue les diverses opérations suivantes * on met en regard les deux pièces qui sont destinées à être assemblées * on interpose entre lesdites pièces au moins un élément de liaison comportant des zones d'ancrage * on chauffe ledit élément de liaison * on rapproche les deux pièces de part et d'autre de l'élément de liaison à l'état chauffé qui pénètre ainsi dans la masse de la matière thermoplastique de chacune des deux pièces ayant subi un ramollissement au voisinage dudit élément, Jusqu'à ce que les deux pièces viennent en contact l'une de l'autre, et * on laisse refroidir ltensemble constitué par les deux pièces et ltélément de liaison pour que la matière thermoplastique repasse à l'état solide en noyant complètement ledit élément de liaison. 3.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'opération de rapprochement des deux pièces se trouve prolongée jusqu'à l'obtention d'une interpénétration, au moins superficielle, des zones de matière ramollie au contact de ltélément de liaison. 4.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément de liaison utilisé est un élément métallique. 5.- Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'élément de liaison affecte la forme d'une spirale métallique dont chaque spire constitue des zones d'ancrage qui sont susceptibles d'être noyées très facilement au sein de la matière thermoplastique. 6.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'élément de liaison présente une largeur plus faible que celle des zones d'assemblage. 7.- Procédé selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé par le fait que l'élément de liaison métallique est chauffé par induction. 8.-Procédé selon l'une des revendications lb à 6, caractérisé par le fait que le chauffage de l'élément de liaison métallique est obtenu par effet de résistance. 9.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que l'on utilise des pièces dont les zones d'assemblage affectent des formes homologues. 10.- Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait que l'une des pièces présente une gorge, et l'autre un bourrelet correspondant destiné à venir s'engager dans ladite gorge. 11.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait qu'en plus de l'élément de liaison, on interpose un agent plastifiant entre les deux pièces à assembler. 12.- Procédé selon l'une des revendications 1 à il, caractérisé par le fait que la pression de serrage des deux pièces à assembler est de l'ordre de 1 à 5kg/cm2. 13.- Application du procédé selon l'une des revendications 1 à 12 à l'assemblage du globe et du socle d'un feu de véhicule automobile ou d'un projecteur de cycle. 14.- Application selon la revendication 13, caractérisée par le fait que le globe est réalisé en polyméthylméthacrylate et le socle en polypropylène. 15.- A titre de produit industriel nouveau,le feu de véhicule automobile ou proJecteur de cycle du type comportant un globe et un socle réalisés chacun en une matière thermoplastique, caractcirisé par le fait que l'assemblage entre le globe et le socle est obtenu, conformément au grec dé de l'une des revendications 1 à 12, avec interpositior. d'au moins un élément de liaison. 16.- Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 4 à 7 et 9 à12 , caractérisée par le fait qu'elle comporte, en combinaison, une enclume de maintien en position de l'une des pièces à assembler, une bobine d'induction placée au niveau de l'extrémité supérieure de la première pièce sur laquelle est destinée à venir s'appliquer l'é- lément de liaison métallique, une source haute fréquence connectée à ladite bobine, ainsi que les moyens permettant d'exercer une pression sur la seconde pièce à assembler avec la première.