Brevet FR2473679A1 — publié le 19810717

La présente invention concerne les pièces de structure autoportantes et autorésistantes en matière synthétique, et plus particulièrement les pare-chocs de véhicule. L'invention concerne aussi un procédé pour fabriquer ces pièces. On connatt les avantages des matières synthétiques telles que le polyuréthane pour la fabrication des pare-chocs de véhicule : élasticité, légèreté. Les pare-chocs ont classiquement la forme d'un profilé en U. Pour augmenter la résistance du profilé, en particulier sa résistance à la torsion, il est nécessaire, dans le cas des matières synthétiques, de prévoir à l'intérieur du profilé des nervures de renforcement très importantes. Cela oblige à appliquer lors du moulage un agent de démoulage, ce qui représente une opération relativement longue qui allonge de façon notable le cycle de fabrication et augmente le coût de production. Pour augmenter la résistance du profilé, on peut envisager de lui donner une section massive. Mais la quantité de matière nécessaire augmenterait dans des proportions inacceptables sur le plan du prix de revient, et l'augmentation de poids serait également très désavantageuse. L'invention a pour but de procurer une pièce de structure, en particulier un pare-chocs en matière synthétique de résistance élevée à la torsion et à la flexion, dans des conditions très avantageuses sur le plan économique. La pièce de structure selon l'invention est caractérisée par le fait qu'elle comprend un noyau en matière alvéolaire entièrement enfermé dans une enveloppe tubulaire autoportante d'épaisseur sensiblement constante en matière synthétique à moulage par réaction, appelée ci-après matière R I M (Reaction Injection Moulding). L'enveloppe, qui constitue la partie résistante de la pièce de structure, présente grâce à sa forme tubulaire fermée une résistance à la torsion et à la flexion beaucoup plus élevée qu'un profilé ouvert tel qu'un profilé en U, sans pratiquement nécessiter plus de matière. En outre, comme la présence de nervures devient inutile, le processus de moulage est grandement simplifié, l'application d'agents dedémoulage pouvant devenir superflue. Le noyau en matière alvéolaire a pour fonction de permettre l'obtention d'une section tubulaire par moulage. Il est essentiel à cet égard que l'on utilise une matière R I M obtenue en introduisant dans le moule les produits de départ qui réagissent, la polymérisation et le moulage étant donc simultanés. Dans le cas des matières RIM, en effet, le moulage s'effectue sous une pression relativement basse, par exemple d'environ 10 bars. Si la pression de moulage était, comme dans le cas de l'injection des thermoplastiques courants, de l'ordre de i 000 bars, le noyau serait fortement comprimé et déformé par la pression et il serait impossible d'obtenir la forme désirée pour le pare-chocs. Dans une variante de réalisation, le noyau est serré dans un tissu de fibres de verre et la matière synthétique RIM imprègne et entoure ce tiSSu de façon qu'il n'affleure pas à la surface. Une telle variante convient en particulier pour les pièces de structure telles que poutres, supports, longerons, devant présenter une résistance très élevée. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une pièce de structure autoportante et autorésistante en matière synthétique, caractérisé par le fait qu'on place dans un moule pour l'injection de matières synthétiques RIM de section sensiblement constante un noyau en matière alvéolaire, la section et la disposition du noyau étant telles qu'un espace libre soit ménagé tout autour du noyau, ledit espace étant ainsi de forme tubulaire, des moyens étant prévus pour maintenir le noyau écarté du fond du moule, et on inec- te les composants de départ dans le moule, la matière formée par réaction de ces composants remplissant ledit espace libre et formant la partie extérieure autoportante et résistance de la pièce de structure. De façon appropriée, lesdits moyens de maintien du noyau comprennent des protubérances en pointe formées sur le noyau. Lors de l'injection, les protubérances sont légèrement comprimées par la pression, ce qui suffit pour éviter que les pointes affleurent à la surface de la partie extérieure du pare-chocs. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante, faite en référence aux dessins joints Dans les dessins : - la figure 1 illustre la fabrication d'un pare-chocs selon l'invention - la figure 2 montre en section le pare-chocs obtenu - les figures 3a et 3b sont des vues de détail correspondant aux zones cerclées des figures 1 et 2 -les figures 4 et 5 illustrent la fabrication d'uns pièce de structure avec un renforcement de fibres de verre. La figure 1 montre en coupe schématique un moule pour la fabrication d'un pare-chocs selon l'invention, comprenant une matrice I et un poinçon 2. I1 s'agit d'un moule adapté à l'obtention de pièces en matières synthétiques RIM (Reaction Injection Moulding) et plus spécialement en polyuréthane de module élevé, en abrégé HMU (Haut module-Uréthanes). Les HMU présentent en mame temps qu'un module d'élasticité pouvant atteindre 700 MPa, la propriété remarquable de reprendre leur forme initiale après des impacts à 4 km/h, la trace de l'impact disparaissant totalement après quelques minutes ou dizaines de minutes. Les HMU conservent en outre ces propriétés dans une proportion tout à fait satisfaisante dans une plage de températures allant de -300C à 650C. Ils conviennent donc particulièrement pour la fabrication de pare-chocs. Les HMU sont formés par réaction d'un polyol et d'un isocyanate dans le moule, des seuils d'injection tels que 3 étant prévus à cet effet. On dispose à l'intérieur du moule un noyau 4 en matière alvéolaire constitué par un profilé plein dont la section est définie de manière qu'un espace libre tubulaire 5 d'épaisseur sensiblement constante puisse être ménagé entre le noyau 4 et les parois du moule. On note sur la figure 1 que le noyau 4 est muni sur ses faces de protubérances 6 se terminant en pointe. Ces protubérances maintiennent le noyau écarté du moule, en particulier du fond du moule, de la distance appropriée, et au cours du moulage, les pointes sont légèrement repoussées par la matière injectée, si bien qu'elles ne sont pas visibles à la surface extérieure de la pièce finie. Les figures 3a et 3b montrent à plus grande échelle la forme d'une protubérance 6 avant et après moulage. On pourrait aussi, pour supporter le noyau au cours du moulage, placer des petits plots sur certaines faces et en particulier sur le fond du moule. Le produit fini comporterait alors de petites ouvertures sur une face, ce qui n'est absolument pas gênant si la face en question estfltournée vers le véhicule et donc normalement invisible. Le noyau 4 est constitué de préférence de polyuréthane alvéolaire, bien que d'autres matières alvéolaires soient aussi envisageables. Mais le polyuréthane alvéolaire présente des caractéristiques de compression intéressantes par rapport aux autres alvéolaires, ce qui lui permet de contribuer à l'absorption des chocs. Après le moulage, on obtient un pare-chocs dont la partie résistante 7 en HMU a une section tubulaire fermée rectangulaire dans l'exemple décrit, et qui de ce fait possède une résistance à la flexion et surtout une résistance à la torsion élevée1 très supérieure à celle d'un pare-chocs à profil en U de même poids. L'épaisseur de cette partie tubulaire est faible, par exemple de 3 à 6 mm, ce qui est favorable sur le plan du déroulement de la réaction dans le moule et donc de l'homogénéité et de l'état de surface du produit obtenu. Cette faible épaisseur est bien entendu avantageuse aussi sur le plan de la consommation de matière et du poids. Au sujet du poids, la présence d'un noyau n'est pas gênante en pratique étant donné la très faible densité des alvéolaires. Compte tenu de la résistance élevée d'un profil tubulaire, il est inutile de prévoir des nervures ou autres éléments de renforcement, et la surface extérieure peut être formée simplement de surfaces planes se raccordant selon des rayons, comme le montre la figure 2. Le processus de moulage est alors très simple, car dans ce cas on peut se dispenser d'appliquer un agent de démoulage et en tout cas même si l'application d'un tel agent apparaît nécessaire, elle est considéra blement simplifiée. Le pare-chocs ainsi obtenu présente l'avantage que sa fibre neutre N - N se trouve dans un plan médian donc également éloignée des faces A et B, ce qui donne un taux de travail maximal dans ces deux faces. Dans un pare-chocs en U, la fibre neutre se trouve beaucoup plus près de la face extérieure soumise aux chocs, et celle-ci est sous-chargée afin que les ailes du U ne soient pas surchargées. On a indiqué les polyuréthanes à module élevé comme exemple préféré de matière synthétique RIM à utiliser selon l'invention, mais cela n'est pas limitatif et d'autres matières RIM peuvent être prises en considération. Mais il est essentiel que la matière employée soit du type RIM, car la pression de moulage doit être faible pour ne pas comprimer le noyau 4 qui, étant en matière alvéolaire, présente une résistance à la compression extrêmement faible. On pourra ainsi utiliser des matières RIM renforcées par des fibres de verre, appelées matières RRIM, dont le module d'élasticité peut atteindre 4 000MPa. La variante de réalisation illustrée par les figures 4 't 5 utilise un renforcement de fibres de verre, mais avec une matière RIM non renforcée. Dans cette variante, on enferme le noyau 14, avant le moulage, dans un tissu de verre 18 (!16. 4). PLils tu procède au moulage par exemple avec un polyuréthane HMU. L'épaisseur du tissu verre est inférieure à l'épaisseur finale de l'enveloppe/de polyuréthane, de sorte que le tissu de verre n'affleure pas à la surface de la pièce finie. Le tissu de verre 18 est à larges mailles, de sorte que les protubérances 16 servant à positionner le noyau dans le moule traversent le tissu 18. Cette variante est avantageuse en ce que le renfort de fibres de verre est formé de fibres longues. Si les fibres de verre étaient incorporées à l'un des composants de départ de la matière synthétique, elles seraient sous forme de fibres courtes. Cette variante de réalisation conviendra plus particu lièrement pour les pièces de structure devant présenter une résistance très élevée, par exemple pour des pièces de véhicule telles que poutres-supports, longerons, etc. REVENDICATIONS 1.- Pièce de structure comprenant un profilé autoportant et autorésistant en matière synthétique, caractérisée par le fait qu'elle comprend un noyau en matière alvéolaire entièrement enfermé dans une enveloppe tubulaire autoportante et autorésistante d'épaisseur sensiblement constante en matière synthétique à moulage par réaction ou matière RIM. 2.- Pièce selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'enveloppe tubulaire est en polyuréthane à module élevé (HMU). 3.- Pièce selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que le noyau est en polyuréthane alvéolaire. 4.- Pièce selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que le noyau est serré dans un tissu de fibres de verre et la matière synthétique RIM imprègne et entoure ce tissu de façon qu'il n'affleure pas à la surface. 5.- Procédé de fabrication d'une pièce ee structure autoportante et autorésistante en matière synthétique, caractérisé par le fait qu'on place dans un moule pour l'injection de matières synthétiques RIM un noyau en matière alvéolaire, la section et la disposition du noyau étant telles qu'un espace libre d'épaisseur sensiblement constante soit ménagé tout autour du noyau, ledit espace étant ainsi de forme tubulaire, des moyens étant prévus pour maintenir le noyau écarté du fond du moule, et on injecte les composants de départ dans le moule, la matière formée par réaction de ces composants remplissant ledit espace libre et formant la partie extérieure autoportante et autorésistante de la pièce. 6.- Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que lesdits moyens de maintien du noyau comprennent des protubérances en pointe formées sur le noyau. 7.- Procédé selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé par le fait que le noyau est serré dans un tissu en fibres de verre.