Brevet FR2549418A1 — publié le 19850125

La présente invention concerne la fabrication de pièces en matière plastique renforcées utilisables notamment dans l'industrie automobile pour constituer des pièces mécaniques et de structure de carrosserie diverses. A l'heure actuelle, l'utilisation des matières plastiques devient de plus en plus fréquente pour la fabrication de nombreuses pièces de carrosserie qui auparavant étaient nécessairement réalisées 10 en métal C'est ainsi que certains constructeurs proposent des véhicules dans lesquels les parechocs, les carénages de carrosserie, le support de batterie, les dossiers de siège, etc sont réalisés dans de tels matériaux. On connait déjà des demi-produits composés en général d'une certaine quantité de fibres de verre et d'une matière thermoplastique servant de liaison et imprégnant les fibres de verre Ces demi-produits sont emboutissables et peuvent donc être mis en forme à 20 chaud dans des presses dont les matrices ont la forme prédéterminée de la pièce à obtenir Cependant, pour réaliser le demi-produit, il est nécessaire de ramollir la matière plastique de manière à imprégner les fibres de verre et assurer leur cohésion Ensuite, le 25 demi-produit est refroidi et lors de sa mise en forme définitive qui peut se dérouler souvent après un certain temps, il doit être de nouveau chauffé Ce processus nécessite donc une consommation d'énergie assez élevée. En outre, dans certains cas, il est nécessaire d'appliquer au demi-produit une opération de calandrage ce qui demande de l'énergie mécanique. Enfin, le demi-produit connu présente souvent des dimensions standard ou est enroulé en bande de sorte que la mise en forme produit inévitablement des chutes qui constituent souvent une importante perte de matière première non recyclable. L'invention a pour but de fournir un 5 demi-produit qui ne présente pas les inconvénients mentionnés ci-dessus. Elle a donc pour objet un demi-produit destiné à la réalisation par thermoformage de pièces en matière plastique, notamment pour l'industrie 10 automobile, caractérisé en ce qu'il comprend des première et seconde nappes en matière plastique superposées entre lesquelles est disposée une charge particulaire composée d'éléments de renfort fibreux et d'éléments thermoplastiques pulvérulents, et en ce que 15 la cohésion de l'ensemble est assurée par aiguilletage. Un demi-produit comportant ces caractéristiques peut être réalisé entièrement à froid, ne nécessite aucun calandrage et si des chutes sont produites 20 lors de sa mise en forme, elles peuvent facilement être recyclées sous forme d'éléments particulaires entrant dans la composition de la charge. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un demiproduit tel que défini 25 ci-dessus. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la Figure 1 est une vue en perspective très schématique d'un morceau de demi-produit suivant l'invention; la Figure 2 est une vue schématique en élévation d'une installation de fabrication d'un demi-produit suivant l'invention; la Figure 3 est une reproduction photographique en coupe agrandie d'un morceau de demi-produit réalisé par la Demanderesse. On va maintenant examiner les Figures 1 et 2 en suivant le déroulement du procédé de fabrication du demi-produit suivant l'invention En commençant à droite de la Figure 2, on déroule tout d'abord d'une ou de plusieurs bobines de réserve la, lb, lc, une ou 10 plusieurs bandes 2 a, 2 b et 2 c qui sont destinées à constituer une première nappe de structure 3. La matière d'au moins l'une des bandes la, lb et lc peut être une polyoléfine, telle que le polyéthylène ou le polypropylène, un polyester tel que 15 le MYLAR (marque déposée) ou un polyamide Le grammage total de la première nappe peut s'étendre entre 60 et 900 g/m 2 Suivant le cas, on peut prévoir plus ou moins de trois couches pour cette nappe. De préférence, la bande la est une couche en 20 matière thermoplastique comme décrit ci-dessus et peut se présenter sous la forme de fibres, de film, de mèches tissées ou non ou d'une bande fabriquée par des techniques papetières, la bande ayant un caractère de continuité sans pour autant avoir une résistance 25 mécanique élevée à la traction. Les bandes lb et lc peuvent constituer des éléments de structure proprement dits qui ont le meme caractère de continuité mais qui présentent une certaine rigidité Elles peuvent se présenter sous 30 forme de mats, de fibres coupées ou continues, de fibres continues tissées ou non tissées ou de tissus à déposer localement Ce dernier cas correspond à la formation de parties de structure locales renforcées. Ces renforts peuvent être débités à partir des bobines lb et lc de façon synchrone ou être intégrés à une structure fibreuse porteuse suivant une répartition géométrique donnée et propre à chaque piece à obtenir à partir du demi-produit. Le matériau des fibres apporté à partir des bobines lb et lc peut être du verre, du carbone, du Keviar (marque déposée) du textile du feutre minéral, de l'amiante ou analogues On peut également prévoir que l'une des bobines lb ou lc débite une 10 feuille de métal ajourée Dans ce dernier cas, cette feuille de métal est de préférence débitée par la bobine la, les deux autres bobines étant destinées à fournir une matière thermoplastique ou une matière de structure comme indiqué ci-dessus. D'une façon générale, la nappe de structure 3 peut être réalisée de nombreuses façons en fonction de la pièce à obtenir, la description ci-dessus n'étant donc pas limitative quant à l'ordre des bobines la à lc et la nature des matières utilisées, 20 étant entendu qu au moins l'une des bobines débite une couche en matière thermoplastique dont la nature est celle indiquée ci-dessus. La nappe de structure 3 ainsi constituée est déroulée sur une table de transport 4 connue en soi et 25 composée de rouleaux 5, par exemple, qui peuvent être animés ou non. La nappe de structure passe en dessous d'un poste 6 dans lequel est prévu une bobine d'alimentation 7 débitant une bande 8 en une matière thermoplas30 tique Cette bande présente une texture continue et à une épaisseur choisie de préférence entre 15 et 40 microns La matière choisie pour cette bande est de préférence une polyoléfine La bande 8 est destinée à venir recouvrir la nappe de structure 3 afin de former en quelque sorte, d'une part, une feuille d'"emballage" et, d'autre part, un élément permettant de conférer au demi-produit une certaine résistance à la traction Il est à noter que la bande 8 peut être 5 omise dans le cas o l'une des bandes la, lb ou lc de la nappe de structure 3 présente ellemême une continuité et une résistance à la traction suffisantes. La nappe de structure 3 munie de la bande 8 de "traction-emballage" passe ensuite dans des postes 10 9 et 10 dans lesquels est versée une charge particulaire sur l'ensemble Cette charge se présente sous la forme d'un produit en vrac sans cohésion, ni solidité intrinsèque. Dans le mode de réalisation représenté, le 15 poste 9 est un poste de coupage de fibres de renfort de longueur variable et relativement importante Il peut s'agir de fibres de verre, de carbone, de Kevlar, de feutre et analogues En général, il est souhaitable que la quantité de fibres apportées ainsi sur la bande 20 d'emballage 4 constitue de 20 à 50 Z en poids du demi-produit obtenu. Le poste 10 est destiné à verser sur l'ensemble ainsi obtenu des éléments thermoplastiques pulvérulents, par exemple à partir d'une trémie vi25 brante, connue en soi. Les éléments pulvérulents comportent tout d'abord une poudre thermoplastique notamment à base de polyoléfines tel que le polypropylène ou le polyethylène et peut être un matériau standard 30 disponible dans le commerce A cette poudre peut être rajoutée une certaine quantité de carbonate de calcium, de noir de carbone ou autre, c'est-à-dire une ou des matières inertes qui se présentent également sous forme d'éléments pulvérulents Par ailleurs, certains additifs chimiques peuvent être déversés par le poste 10 Par exemple, on peut utiliser des peroxydes, des agents de liaison chimique tels que des dérivés d'acide acrylique ou d'anhydrique maléique. 5 Ces produits agissant à chaud, ne sont actifs que lors de l'utilisation du demi-produit et de sa mise en forme ultérieure. Le poste 10 peut également déverser une certaine quantité de matière stabilisante, des anti10 oxydants ou des matières anti-UV dans des proportions qui sont bien connues des spécialistes A titre d'exemple, on peut prévoir entre O et 1/ en poids de peroxyde et entre O et 4 Z en poids d'agents de liaison, rapportés sur le poids total du demi-produit 15 fini La quantité totale de la matière pulvérulente 22 peut être située entre 400 g/m et 1800;g/M. Le poste de déversement 10 est suivi d'un second poste 11 débitant une bande de "tractionemballage" 13 Ce poste comporte une bobine débitrice 20 12 d'o est déroulé la bande 13 qui recouvre donc le composite formé préalablement sur la chaine de fabrication Le poste 11 est suivi d'un poste 14 d'application d'une seconde nappe de structure 15 qui peut également être composée de plusieurs couches 15 a, 25 15 b et 15 c Les compositions de la bande 13 et de la nappe 14 sont semblables à celles de la nappe 3 et de la bande 8, respectivement, toutes les variantes étant cependant possibles. Le complexe ainsi obtenue est conduit dans 30 un poste d'aiguilletage 16 de conception classique qui outre son travail classique d'aiguilletage assure également l'avance pas à pas du complexe sur la table de transport 4 Le pas d'aiguilletage règle le pas de défilement du produit dans le sens indiqué par les flèches sur la Figure 2 A titre indicatif, le complexe peut subir entrer 20 et 80 coups/cm. L'aiguilletage peut être du type simple ou double, le nombre de coups pouvant être réglé à volonté par unité 5 de surface du complexe Cette opération a pour but de relier entre elles les structures fibreuses du complexe c'est-à-dire les éléments particulaires et les couches des nappes de structure en les déplaçant par rapport à leur position initiale, d'une façon 10 désordonnée dans le sens vertical. L'opération d'aiguilletage a pour effet: 1) de crever les bandes de "tractionemballage" 8 et 12, ce qui permet que, lors de la mise en forme du demi-produit par chauffage, les matières 15 thermoplastiques, en fondant, les traversent et les noyent en provoquant leur adhésion avec les structures fibreuses Par conséquent, après l'opération d'aiguilletage, les bandes 8 et 12 deviennent des sortes de grilles qui ne constituent plus d'obstacle retar20 dant, en raison de leur temps de fusion, la répartition des matières pulvérulentes déversées par le poste 10 et qui sont emprisonnées par ces bandes. 2) Les éléments fibreux enfermés entre les bandes de "traction-emballage" sont imbriqués, les 25 fibres extérieures étant amenées vers l'intérieur et les fibres intérieures vers l'extérieur Ainsi on compense la diminution de résitance des bandes de "traction-emballage" 8 et 12. 3) Elle évite que les éléments particulaires 30 puissent traverser les trous d'aiguille qui sont pratiqués dans les nappes de structure et dans les bandes 8 et 12 en évitant ainsi toute perte de ces éléments lors de la manipulation du demi-produit. 4) Elle produit une régularisation de la répartition des éléments particulaires sur toute la largeur du complexe. A la sortie du poste d'aiguîiletage 16, le dem:-produit passe dans un poste 17 de coupe de lisières dans lequel deux trains latéraux de molettes classiques coupent les bords du complexe. Les déchets ainsi obtenus peuvent, après avoir' été recueillis et traités dans un broyeur décniqueteur 18, être transportés par tout procédé 10 classique (air comprimé, lit fluidisé, vis d'Archimede) vers le poste 10 pour être incorporé aux éléments pulvérulents qui constituent une partie de la charge De même, les éléments particulaires qui sont percus latéralement au cours du transport du complexe 1 E sur la table 4 peuvent être recueillis dans un collecteur 19 situé en-dessous de cette table, la sortie de ce collecteur étant connectée également au poste de déversement 10. Le poste de découpe des lisières 17 peut 20 être suivi d'un poste de contrôle 20 permettant de surveiller certains paramètres du demi-produit obtenu, par tout procédé connu. Enfin, le demi-produit terminé est recueilli par exemple sur une bobine réceptrice 21. Comme représenté à la Figure 1, ce demiprocuit comporte donc une première nappe de structure A, une première couche de "traction-emballage" B, une couche C composée d'éléments particulaires aiguilletés, cette charge particulaire comportant des éléments 3 C fibreux et des éléments pulvérulents, une seconde couche de "traction-emballage" D et une seconde nappe de structure E Bien entendu, l'aspect du produit n'est pas tout aussi régulier que celui représenté à la Figure 1 qui n'est qu'une représentation schéma- tique Au contraire, comme on peut le voir sur la représentation photographique de la Figure 3, l'ensemble du demi-produit est en fait un enchevêtrement des éléments que l'on vient de 5 mentionner, seules restant indépendamment visibles les deux couches d'emballage qui, sur la Figure 3 apparaissent en noir. Suivant une variante, il est possible d'adjoindre au produit par exemple entre les postes 9 10 et 10, par des bobines débitrices analogues à celles des postes 6 et 11, un matelas de fibres ou une couche de métal ajourée afin de renforcer la structure de l'ensemble. Exemple 1: On a fabriqué une pièce de structure destinée au carénage du dessous d'un véhicule automobile. La composition du demi-produit destiné à la fabrication de cette pièce était la suivante en pourcentage en poids total du demi-produit en question. 20 Fibres de verre: 30 Z Carbonate de calcium: de 4 à 6 Z Noir de carbone (coloration): 0,1 Z Peroxyde: 0,1 à 0,5 Z Agent de liaison: O, 1 à 0,5 X 25 Résine de polypropylène: 65 % Couches de "tractionemballage" en polyéthylène: 1 Z Exemple 2: On a réalisé également un cache-culbuteurs destiné à un moteur de véhicule automobile, cette pièce résistant à une température supérieure à 130 'C. La composition du demi-produit destinée à l'obtention de ce produit était identique à celle de l'exemple 1 à 35 ceci près que l'on a utilisé 40 X de fibres de verre et 551 de poudre de polyamide pour la charge. On peut, à l'aide du demi-produit suivant l'invention réaliser un grand nombre de pièces, de natures diverses et notamment des pare-chocs, des carénages de carrosserie, des supports de batterie. 5 des dossiers de siège, des cache-culbuteurs, des pédales et leur support, des supports du groupe moto-vent:lateur, etc. REVENDICATIONS 1 Demi-produit destiné à la réalisation de pièces en matière plastique, notamment pour l'industrie automobile, caractérisé en ce qu'il comprend des 5 première et secondes nappes (A, E) en matière plastique superposées entre lesquelles est disposée une charge particulaire (C) composée d'éléments de renfort fibreux et d'éléments thermoplastiques pulvérulents, et en ce que la cohésion de l'ensemble est assurée par 10 aiguilletage. 2 Demi-produit suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une couche de "traction-emballage" (B D) en matière plastique et à texture continue est interposée au moins entre la 15 charge (C) et la première et/ou la seconde nappes de structure (A, E). 3 _ Demi-produit suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la première et/ou la seconde nappes de structure (A, E) comportent au moins une 20 couche dont la texture est continue et capable de s'opposer au passage desdits éléments particulaires (C). 4 _ Demi-produit suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au 25 moins l'une des nappes de structure (A, E) comporte une couche en une matière thermoplastique telle qu'une polyoléfine et de préférence du polyéthylène ou du poypropylène. Demi-produit suivant l'une quelconque 30 des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'une au moins des couches de la première et/ou de la seconde nappes de structure (A, E) se présente sous laforme de fibres, de film, de mèches tissées ou non tissées et/ou d'une bande fabriquée par des techniques papetières. 6 Demi-produit suivant l' ne quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé er ce que l'une au mo:ns des couches de la première et/ou de la seconde nappes de structure (A, E> se presente sous la 5 forme de mats, de fibres coupées ou:ontinues, de fibres continues tissées ou non tissées. 7 Demi-produit suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé er ce que l'une au moins des couches de la première et/ou de la 10 seconde nappes de structure (A, E) n'est présente que localement dans la nappe correspondante. 8 Demi-produit suivant l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérise en ce que le matériau des fibres dans lesdites nappes est du verre, 15 du carbone, du feutre minéral et/ou de l'amiante. 9 Demi-produit suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérise en ce qu'au moins l'une des nappes de structure (A, E) comporte une feuille de métal ajourée. 10 Demi-produit suivant l'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que la ou les couches de "traction-emballage" l B, D) sont réalisées en une résine de polyoléfine. 11 Demi-produit suivant l'une quelconque 25 des revendications 1 à 10, caractérise en ce que la matière desdits éléments fibreux de la charge (C> est choisie parmi les fibres de verre ou de carbone et les feutres. 12 Demi-produit suivant l'une quelconque 30 des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les éléments pulvérulents de ladite charge {C) comportent une poudre en une résine de polyoléfine, de préférence du polypropylène ou du polyéthylène. 13 Demi-produit suivant la revendication 12, caractérisé en ce que les éléments pulvérulents de ladite charge (C) comportent également des matières inertes telles que le carbonate de calcium et le noir de carbone. 14 Demi-produit suivant l'une quelconque des revendications 12 et 13, caractérisé en ce que les éléments pulvérulents de ladite charge (C) comportent également des additifs chimiques tels que le peroxyde 10 et/ou des agents de liaison tels que l'acide acrylique ou l'anhydride maléique. Procédé pour la fabrication du demi-produit tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'il 15 consiste à dérouler une première nappe de structure (la, lb, lc) en matière plastique, à déverser sur cette première nappe une charge ( 9, 10) d'éléments particulaires composés d'éléments fibreux et d'éléments thermoplastiques pulvérulents et à dérouler une 20 seconde nappe de structure ( 15 a, 15 b, 15 c) par dessus ladite charge ( 9, 10) et à soumettre le complexe ainsi obtenu à une opération d'aiguilletage. 16 Procédé suivant la revendication 15, caractérisé en ce que, préalablement au déversement de ladite charge ( 9, 10), on recouvre la première nappe (la, lb, lc) d'une couche de "tractionemballage" ( 8) en une matière thermoplastique de texture continue. 17 Procédé suivant l'une quelconque des revendications 15 et 16, caractérisé en ce que préalablement à la mise en place de ladite charge par ladite seconde nappe de structure, on recouvre ladite charge d'une seconde couche de "traction-emballage" ( 13) 18 Procédé suivant l'une quelconque des revendications 15 à 17, caractérisé en ce que, après aiguilletage le complexe obtenu est soumis à une opération de découpe de lisières ( 1 l) les chutes découpées étant recyclées après broyage ( 18) et incorporées à ladite charge.