Brevet FR2701296A1 — publié le 19940812

PROCEDE ET DISPOSIlLt DE POLYMERISATION RAPIDE HAUTE FREOUENCE La présente invention se rapporte au domaine technique du collage structural. Elle concerne la réalisation d'assemblages soumis au cours de leur existence à des efforts et à des sollicitations en fatigue très importants, tels que des éléments de carrosserie automobile. Par la publication FR 2 121 997, on connaît un procédé d'assemblage d'éléments de carrosserie par collage. Ce procédé consiste essentiellement à déposer sur les surfaces de collage d'un premier élément, un adhésif thermofusible en différents points convenablement choisis, et un adhésif complémentaire du type courant sur le reste desdites surfaces, puis à appliquer les surfaces à coller d'un second élément sur les surfaces de collage du premier élément, à chauffer lesdits points choisis jusqu'à fusion de l'adhésif thermofusible, à les refroidir jusqu'à solidification, et à faire passer l'assemblage provisoire ainsi réalisé dans une étuve, de façon à obtenir la solidification de l'adhésif complémentaire et, par suite, de l'assemblage définitif recherché. Ce type d'assemblage, satisfaisant au niveau de la résistance mécanique des ensembles structuraux obtenus, est en revanche totalement incompatible avec les impératifs de productivité régissant le montage en série des véhicules automobiles, en raison du temps beaucoup trop long, nécessaire pour réaliser l'ensemble des opérations mentionnées. En vue d'optimiser les processus d'assemblage d'éléments de carrosserie par collage, il a donc été proposé d'utiliser des techniques plus rapides, telles que le soudage à haute fréquence. Cette technique, illustrée notamment par la publication FR 2 106 459 consiste principalement à soumettre les éléments que l'on cherche à assembler à une énergie à haute fréquence, délivrée par l'intermédiaire d'électrodes disposées de part et d'autre de ces éléments. Toutefois, 1tapplication du chauffage par induction de rayonnements haute fréquence au collage structural de matériaux composites en grande série, notamment sur un site industriel de montage de véhicules pose des problèmes particuliers, non résolus jusqu'à ce jour. En effet, le collage structural d'éléments de carrosserie en matériaux composites dans le cadre d'une chaîne de montage automobile, exige une réticulation extrêmement rapide des adhésifs, avec des temps de collage, inférieurs à 30 secondes I1 est intéressant de connaître pendant ce laps de temps très court, d'une part la cinétique de réaction de l'adhésif, et d'autre part l'évolution au cours du temps des propriétés mécaniques du joint de colle. La connaissance de ces caractéristiques doit permettre d'optimiser le processus industriel d'application et de réticulation des celles structurales. On connaît différents moyens de déterminer la cinétique de réaction des produits réactifs, tels que l'analyse thermique différentielle, reposant sur la mesure de l'enthalpie de réaction en fonction de la température ou du temps. Cette technique ne permet cependant pas de déterminer simultanément les propriétés mécaniques du matériau pendant sa polymérisation. De même, les méthodes connues de mesure des propriétés mécaniques d'un joint de colle, n'apportent généralement aucune information sur la cinétique des réactions. La présente invention propose un procédé et un dispositif de polymérisation rapide haute fréquence, permettant de suivre simultanément la cinétique de la réaction chimique réalisant le collage, et l'évolution des propriétés mécaniques de la liaison obtenue. Elle concerne un procédé de polymérisation rapide par haute fréquence, d'une liaison collée entre deux éléments en matériau non métallique soumis à une évolution rapide de température, par l'intermédiaire de deux inducteurs excités par un générateur haute fréquence. Ce procédé est caractérisé en ce que les éléments sont sollicités mécaniquement en traction-cisaillement simultanément au collage, et en ce que le module d'élasticité et l'amortissement de la liaison sont analysés en fonction de la température de réaction et de la fréquence du générateur. Selon un mode de réalisation de l'invention, les paramètres du module d'élasticité et d'amortissement analysés sont représentatifs de l'évolution dans le temps des charges transmises par la liaison collée. Selon un mode de réalisation de l'invention, le module d'élasticité et l'amortissement des charges sont analysés en fonction de la fréquence générée. Selon un mode de réalisation de l'invpntion, le module d'élasticité et l'amortissement des charges sont analysés en fonction de la température de réaction. Selon un mode de réalisation de l'invention, la température est mesurée à l'aide d'un thermomètre infrarouge à lecture optique, placé dans le joint de colle. Selon un mode de réalisation de l'invention, les inducteurs sont placés au contact des éléments collés. L'invention concerne également un dispositif de polymérisation comportant un dispositif de mise en charge dynamique des éléments collés, un générateur haute fréquence assurant l'excitation des inducteurs et un système d'analyse de la viscosité. Selon un mode de réalisation de l'invention, le système d'analyse de la viscosité comporte un capteur d'efforts et de déplacements, et un ensemble de traitement de données. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation particulier de celle-ci, en liaison avec les dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est un schéma de principe du dispositif de suivi de cinétique de réaction, proposé par l'invention, et - la figure 2 illustre le couplage d'un système de chauffage et d'un visco-analyseur. Sur la figure 1, le repère 1 est affecté au dispositif de mise en charge dynamique des deux supports 2, 2' d"'éprouvettes" ou "stérigmes" 3, 3' dont les extrémités enserrent l'adhésif 4. De part et d'autre des stérigmes 3 3', apparaissant les deux électrodes 5, 5' de l'inducteur haute fréquence. Celui-ci est alimenté par un générateur haute fréquence 6, associé à un adaptateur d'impédance 7. Le thermomètre 8, par exemple un thermomètre infrarouge à lecture optique, permet de contrôler la température du joint de colle 4. Dans la partie inférieure de la figure, sont représentés, à une échelle différente, les périphériques permettant de suivre la réaction. L'exemple de réalisation illustré par le schéma, donné à titre d'exemple non limitatif, fait état d'une unité de traitement 9, d'une imprimante 10, et d'une table traçante numérique 11, constituant un ensemble de traitement de données cohérent. Sur la figure 2, on retrouve les mêmes éléments. Les deux supports d'électrodes 2, 2', sont disposés à l'intérieur d'une cage de Faraday 12, montée sur des supports isolants 13. La cage de Faraday 12, est indispensable pour assurer la sécurité des opérateurs, car elle absorbe les rayonnements électromagnétiques émis par les inducteurs 5, 5'. La figure 2 fait en outre apparaître le câblage électrique 14, 14' des inducteurs 5, 5', et le capteur d'efforts et de déplacements transmis par la liaison collée 4. Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant. Le joint de colle 4, disposé entre les deux stérigmes 3, 3', en matériau non métallique, est soumis à une élévation de température rapide, à l'aide du générateur haute-fréquence 6, qui produit un chauffage par perte diélectrique au sein de l'adhésif 4, par l'intermédiaire des deux inducteurs ou électrodes haute fréquence 5, 5'. Les deux inducteurs 5, 5', en cuivre ou en laiton, sont placés au contact des stérigmes 3, 3'. Par ailleurs, les supports respectifs 2, 2' des stérigmes 3, 3' sont sollicités en traction-cisaillement par le dispositif de mise en charge dynamique 1, générant un déplacement imposé alternatif des deux supports 2, 2' à des fréquences différentes.L'invention propose de suivre la cinétique de réaction du couplage en fonction de la température de réaction et de la fréquence délivrée par le générateur 6, à laide du capteur 15 et du système de traitement de données 9, 10, 1 1 mentionné plus haut. Elle repose sur la mesure du module d'élasticité et de l'amortissement au. sein de ltéchantillon d'adhésif testé. Conformément à la norme AFNOR T 57-101, on entend ici par module d'élasticité le quotient de la contrainte de traction par la déformation correspondante, dans la limite de la contrainte maximale qu'une matière peut supporter sans déviation de la proportionnalité déformation-effort, c'est-à-dire la pente du diagramme contrainte/déformation relative obtenue lors de l'essai de traction.Le paramètre d'élasticité pris en considération sera donc par exemple la pente à l'origine d'une courbe représentative du déplacement du second élément 2' en fonction de la force F, transmise par le dispositif de mise en charge 1, au support inférieur 2', par l'intermédiaire du joint de colle 4. Conformément à l'invention, ces mesures sont analysées en fonction de la fréquence délivrée par le générateur 6, et de la température de réaction. En conclusion, grâce au couplage de deux techniques jusqu'ici réservées à des domaines d'application distincts, l'invention permet de suivre simultanément la cinétique de la réaction et l'évolution des propriétés mécaniques du joint de colle, en fonction de la fréquence générée et de la température du collage. Le procédé proposé est très utile lorsque les temps de réaction sont très courts, par exemple inférieurs à 60 secondes. I1 est donc particulièrement adapté au collage d'éléments de carrosserie automobile. REVENDICATIONS [1l Procédé de polymérisation rapide haute fréquence d'une liaison collée (4) entre deux éléments (3, 3') en matériau non métallique soumis à une évolution rapide de température par l'intermédiaire de deux inducteurs (5, 5') excités par un générateur haute fréquence (6), caractérisé en ce que les éléments (3, 3') sont sollicités mécaniquement en traction cisaillement simultanément au collage, et en ce que le module d'élasticité et l'amortissement de la liaison (4) sont analysés en fonction de la température et de la fréquence du générateur (6). [2] Procédé de polymérisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que les paramètres de module et d'amortissement analysés sont représentatifs de l'évolution dans le temps des charges transmises par la liaison collée (4). [3J Procédé de polymérisation- selon la revendication 2, caractérisé en ce que le module d'élasticité et l'amortissement de la liaison sont analysés en fonction de la fréquence générée. [4] Procédé de polymérisation selon les revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le module d'élasticité et l'amortissement de la liaison sont analysés en fonction de la température de réaction. [5] Procédé de polymérisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température est mesurée à l'aide d'un thermomètre infrarouge à lecture optique (8), placé dans le joint de colle (4). [6J Procédé de polymérisation selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les inducteurs (5, 5') sont placés au contact des éléments collés (3, 3'). [7] Dispositif de polymérisation pour la mise en oeuvre d'un procédé conforme à l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de mise en charge dynamique (1) des éléments collés (3), un générateur haute fréquence (6) assurant ltexcitation des inducteurs (5, 5') et un système d'analyse de la viscosité (9, 10, 11, 15). [8] Dispositif de polymérisation selon la revendication 4, caractérisé en ce que le système d'analyse du module d'élasticité et de l'amortissement comporte un capteur d'efforts et de déplacements (15), et un ensemble de traitement de données (9, 10, 11).