Brevet FR2672005A1 — publié le 19920731

Procédé et dispositif d'injection et de compression de résine thermodurcissable en phase liquide. La présente invention concerne un procédé de fabrication d'articles moulés, notamment de pièces de carrosserie pour véhicules, comportant une résine thermodurcissable renforcée par une charge fibreuse ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. Les pièces moulées en matière synthétique telles que les becquets ou les ailerons arrière d'automobiles doivent avoir de très bonnes qualités de surface. Or, pour avoir des caractéristiques mécaniques suffisantes (autoportance, rigidité, etc...), elles comprennent des charges, par exemple minérales, et/ou des éléments de renfort tels qu'un mat de verre dont la structure apparaît plus ou moins sur leur surface extérieure, ce qui nécessite avant la mise en peinture une finition importante. Ces inconvénients se retrouvent notamment dans les procédés de fabrication qui consistent à placer dans un moule en plusieurs parties les constituants de la pièce puis à maintenir la pièce comprimée au cours du durcissement de la résine à l'aide d'une presse dans laquelle est placé le moule.D'autres procédés, tels que les procédés par injection qui consistent à placer la charge dans un moule, à fermer celui-ci, puis à injecter la résine sous pression élevée dans le moule, n'apportent pas également satisfaction. En effet, l7injec- tion sous haute pression entraîne généralement le déplacement de la charge. D'autres procédés tels que celui décrit dans FR-A-2276917 réalisent l'introduction du liant en plusieurs fois avant fermeture du moule et après fermeture du moule et nécessitent le chauffage du moule rendant difficile la mise en oeuvre du procédé. De plus, ces procédés obligent généralement l'utilisateur à pratiquer un dégraissage de la tête d'injection et des parois du moule. La présente invention a donc pour but de répondre à ces inconvénients en proposant un procédé ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé qui permettent la fabrication de pièces dont les caractéristiques mécaniques, en particulier de rigidité et/ou d'aspect sont excellentes, dont l'état de surface est exempt de bulles d'air avec une structure de renfort invisible et où les plans de joint ne sont pas retravaillés. Un autre but de l'invention est de proposer un procédé qui, de par sa grande fiabilité et sa reproductibilité, permet également de diminuer le nombre de pièces défectueuses et les rebuts. L'invention concerne à cet effet un procédé de fabrication d'articles moulés, notamment de pièces de carrosserie pour véhicules, comportant une matière synthétique polymérisable renforcée par une charge fibreuse, selon lequel on place dans une cavité de moulage d'un moule en plusieurs éléments un noyau polyuréthane revêtu de la charge, de préférence préformée, caractérisé en ce qu'on stoppe le rapprochement des pièces du moule dans une position ouverte prédéterminée proche de sa position de fermeture, en ce quton injecte dans la cavité ainsi partiellement ouverte mais maintenue étanche, une quantité de matière synthétique liquide polymérisable prédéterminée correspondant sensiblement au volume de ladite cavité diminuée du volume de l'insert, et en ce qu'on ferme le moule au moyen d'une presse de manière à assurer la mise en pression de la matière synthétique dans le moule et sa polymérisation. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeu vre du procédé, comportant un moule en plusieurs pièces prévu pour recevoir un noyau de polyuréthane revêtu d'une charge fibreuse, une presse destinée à rapprocher les pièces du moule, et une tête d'injection, caractérisé en ce qu'il comprend un moule muni d'une chicane périphérique d'étanchéité, des moyens pour arrêter le rapprochement des pièces du moule dans une position ouverte prédéterminée voisine de sa position de fermeture et des moyens d'injection dans la cavité ainsi partiellement ouverte d'une quantité de matière synthétique liquide polymérisable prédéterminée, correspondant sensiblement au volume de ladite cavité diminuée du volume de l'insert. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description détaillée qui suit et des dessins joints. Dans ces dessins: la figure I représente une vue de face simplifiée d'une partie du dispositif conforme à 11 invention, le moule étant en position ouverte; la figure 2 représente une vue identique à la figure 1, le moule étant en position fer mée; la figure 3 représente une vue simplifiée du cir cuit d'injection et de nettoyage. Le dispositif conforme aux figures 1 et 2 est par exemple destiné à la fabrication de pièces en résine thermodurcissable renforcée par une nappe de fibres minérales. Ce dispositif comprend une presse équipée de deux plateaux disposés en vis-à-vis et déplaçables au moyen d'un dispositif pneumatique tel qu'un vérin. Les deux plateaux de la presse portent par exemple respectivement la partie mâle et la partie femelle du moule, lesdites parties du moule étant disposées de telle sorte qu'elles délimitent en position de fermeture une cavité de moulage 1 parfaitement étanche. L'étanchéité est obtenue grâce à une chicane 2 délimitée par la configuration des parties mâle et femelle du moule et disposée à la périphérie de ce moule au niveau du plan de joint. Cette chicane permet d'éviter l'écoulement de la matière synthétique hors du moule au cours de l'injection et permet, au cours de la com pression, l'évacuation de la matière synthétique au niveau de la partie plane désignée par 3 dans les figures I et 2. Grâce à cette configuration particulière de la périphérie du moule, on obtient des plans de joint quasi-parfaits qui n'ont pas besoin d'être retravaillés. Cette configuration se révèle particulièrement avantageuse par rapport à des dispositifs classiques où les fuites au niveau des bords du moule sont évitées ou limitées par chauffage des bords de ce moule, ce qui oblige à équiper le moule d'un circuit de chauffage. Le moule est perforé de préférence au niveau du plan de joint, ladite perforation étant destinée à recevoir une tête d'injection 13. Cet injecteur 13 comporte un corps central ou canal d'injection 4 susceptible d'être alimenté en matière synthétique liquide polymérisable par un conduit d'alimentation 5. Dans le corps coulisse un organe d'obturation 6 du type pointeau dont la tête est susceptible de venir fermer le canal d'injection conformément à la figure 2.Selon la disposition du canal d'injection et sa configuration, il est également possible d'envisager que le moule comprenne un moyen de compensation destiné à assurer lté- tanchéité du moule pendant la phase d'injection, ledit moyen de compensation étant constitué par exemple par un pavé mobile disposé au voisinage du canal d'injection sur l'un des bords du moule et monté sur ressort. Dans ce cas, le canal d'injection est fermé après la phase d'injection par un organe d'obturation du type à guillotine dont le déplacement est par exemple commandé par une came associée à un vérin. Un certain nombre d'autres configurations pour l'injecteur sont possibles sans sortir du cadre de l'invention. Il est possible de répartir des injecteurs tout autour du moule et de ne pas limiter leur positionnement au plan de joint. Les injecteurs sont de manière connue alimentés par un système à circulation continue destiné à éviter la polymérisation locale de la résine. Ce circuit représenté à la figure 3 comprend un réservoir de stockage de résine 8 équipé d'un dispositif de régulation de la température à une valeur suffisamment basse pour éviter la polymérisation de la résine à l'intérieur du réservoir. Ce dispositif de régulation est constitué par des canalisations d'eau reliées à un régulateur de température. La résine est amenée au canal d'injection par une canalisation 9 équipée d'une pompe volumétrique 10 et d'une vanne 11 d'arrêt et de vidange qui de préférence sera une vanne à trois voies. Le nettoyage de l'ensemble du circuit s'effectue par l'amenée d'un solvant type acétone ou chlorure de méthylène sous pression. Ce solvant est contenu dans le réservoir de stockage 12. Le nettoyage au moyen du solvant s'effectue par l'ouverture de la vanne il sur le circuit résine (canalisation 9), ce qui permet le nettoyage de la tête d'injection 13 uniquement. Les plateaux de la presse sont également équipés de moyens d'actionnement qui permettent de commander leur déplacement en fonction du fonctionnement des éjecteurs de telle sorte que les phases de déplacement des pièces du moule, injection, compression s'effectuent toujours de la même façon suivant un ordre déterminé. Ces phases vont être décrites ci-dessous. La presse étant ouverte, on dispose à l'intérieur du moule et plus particulièrement dans le demi-moule inférieur un noyau de polyuréthane revêtu d'une charge de renforcement. Cette charge de renforcement est fixée par des agrafes ou tout autre moyen et est de préférence préformée au moyen d'une presse de telle sorte que son épaisseur autour du noyau de polyuréthane est sensiblement constante. La charge de renforcement est une charge fibreuse qui est constituée par une toile ou un mat de fibres minérales ou textiles artificielles ou naturelles et est de préférence une nappe de fibres de verre. Bien évidemment, les fibres utilisées pourraient être également des fibres de carbone, des fibres de polyester, des fibres acryliques, etc, se présentant sous la forme de filets, de matelas monofilament ou de matelas de fibres coupées, de filets tissés, de tissu ou analogues. Lorsque le noyau de polyuréthane revêtu de sa charge est en place, la presse est actionnée en vue de rapprocher les plateaux jusqu'à ce que l'écartement entre les parties du moule soit égal à zéro avec une pression de maintien suivie d'une pression finale supérieure à la pression de maintien. Une quantité prédéterminée de matière synthétique liquide polymérisable est alors injectée à l'intérieur de la cavité de moulage. Le débit de l'injecteur de matière synthétique polymérisable est de l'ordre de 15 litres/minute. La durée d'injection est égale à 15 secondes. La pression d'injection est de l'ordre de 2 à 3 bars. La quantité de matière synthétique polymérisable injectée est fonction du volume de la cavité et de l'insert. L'insert représente généralement 75 % du volume total de la cavité.La pression qui règne à l'intérieur de la cavité de moulage au moment de l'injection est égale à 20 bars. Cette pression faible ainsi que le fait que la matière synthétique se présente à l'état liquide permettent à la matière synthétique de se répartir dans l'ensemble de la cavité de moulage et d'imprégner la charge de renforcement. Après injection, le moule est fermé. La matière synthétique polymérisable durcit en quelques minutes. Dès que la matière synthétique polymérisable est dure, les plateaux de la presse s'écartent et la pièce moulée est extraite. La matière synthétique polymérisable utilisée est sous forme liquide au moment de l'injection. Cette matière est de préférence une résine thermodurcissable telle qu'une résine de polyester insaturée, un silicone ou un aminoplaste. Par résine de polyester insaturée, on désigne les résines obtenues à partir d'un polyester insaturé formé par polycondensation d'au moins un acide alpha-béta-dicarboxylique insaturé éthyléniquement et/ou d'au moins un anhydre correspondant avec au moins un alcool polyvalent et un/ou plusieurs monomères insaturés éthylèniquement comme, par exemple, du styrène, du vinyltoluène, etc. Des additifs tels qu'un catalyseur et un accélérateur sont ajoutés à la résine polyester en vue d'accélérer la formation de radicaux libres qui favorisent la polymérisation. A titre d'exemples, on peut citer comme accélérateur l'octoate de cobalt.De même, pour illustrer l'emploi de catalyseurs, on citera le péroxy 2-éthylhexanoate de ter-butyle. Cette résine présente une viscosité comprise entre 10 et 20 poises et est de préférence égale à 12 poises. A titre d'exemple, la résine de polyester utilisée peut avoir la composition suivante: résine 100% charges 25% octoate de cobalt 0,3 % péroxy 2-éthylhexanoate de ter-butyle 1,8%. Un exemple de conditions opératoires est le suivant: rapprochement rapide des pièces du moule : 10 secondes injection de résine: débit 15 1/mon temps 16 secondes viscosité de la résine 12 poises température 25 C pression d'injection 2 à 3 bars température de la cavité de moulage 85 C pression de la cavité de moulage 40 bars Pression interne du moule fermé : 20 bars temps de fermeture: 180 secondes durcissement pendant 150 secondes écartement rapide des plateaux de la presse pendant 15 secondes extraction de la pièce 10 secondes. La durée totale d'un cycle est de 270 secondes. Ce paramètre met en évidence l'intérêt de l'injection qui permet d'obtenir des cadences rapides. De plus, grâce au dispositif d'injection, la quantité de résine injectée est parfaitement connue de telle sorte que toute perte de matière est évitée. La compression par fermeture du moule permet l'élimination des bulles d'air. L'utilisation d'une résine liquide injectée à une pression faible permet une répartition uniforme et homogène de la résine à la surface de la charge de renforcement sans toutefois déplacer celle-ci. La configuration du moule équipé d'une chicane permet d'obtenir des plans de joint quasi-parfaits et rend possible l'injection en une seule fois avec une résine liquide. Le procédé et le dispositif décrits ci-dessus permettent la réalisation de toutes sortes de pièces. Les matières synthétiques polymérisables pouvant être utilisées sont nombreuses. On peut ainsi envisager l'emploi de résines époxy, phénoliques ou similaires, la seule contrainte étant leur viscosité qui doit être suffisamment faible pour permettre leur injection et leur répartition à l'intérieur de la cavité de moulage. De même, le dispositif d'injection peut revêtir un certain nombre de formes en fonction de sa disposition au niveau du moule. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'articles moulés, notamment de pièces de carrosserie pour véhicules, comportant une matière synthétique polymérisable renforcée par une charge fibreuse, selon lequel on place dans une cavité de moulage d'un moule en plusieurs éléments un noyau polyuréthane revêtu de la charge de préférence préformée, caractérisé en ce qu'on stoppe le rapprochement des pièces du moule dans une position ouverte prédéterminée proche de sa position de fermeture, en ce qu'on injecte dans la cavité ainsi partiellement ouverte mais maintenue étanche une quantité de matière synthétique liquide polymérisable prédéterminée correspondant sensiblement au volume de ladite cavité diminuée du volume de l'insert et ce en ce qu'on ferme le moule au moyen d'une presse de manière à assurer la mise en pression de la matière synthétique dans le moule et sa polymérisation. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière synthétique polymérisable liquide injectée est une résine thermodurcissable telle qu'un phénoplaste, un silicone, un aminoplaste, un époxyde, un polyester ou équivalent. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la matière synthétique polymérisable liquide injectée présente une viscosité comprise entre 10 et 20 poises et est de préférence égale à 12 poises. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la charge fibreuse est constituée par une toile ou un mat de fibres minérales ou textiles et est de préférence une nappe de fibres de verre. 5. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 4, du type comportant un moule en plusieurs pièces prévu pour recevoir un noyau de polyuréthane revêtu d'une charge fibreuse, une presse destinée à rapprocher les pièces du moule et une tête d'injection, caractérisé en ce qu'il comprend un moule muni d'une chicane périphérique (2) d'étanchéité, des moyens pour arrêter le rapprochement des pièces du moule dans une position ouverte prédéterminée voisine de sa position de fermeture, et des moyens d'injection (13), dans la cavité ainsi partiellement ouverte, d'une quantité de matière synthétique liquide polymérisable prédéterminée, correspondant sensiblement au volume de ladite cavité diminuée du volume de l'insert. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moule est perforé au niveau du plan de joint pour recevoir la tête d'injection (13). 7. Dispositif selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le canal d'injection (4) de la tête d'injection (13? est fermé après la phase d'injection par un organe d'obturation (6) du type pointeau.