Brevet FR2707206A1 — publié le 19950113

l PIECES EN MATIERE PLASTIQUE CELLULAIRE ET LEUR PROCEDE DE FABRICATION L'invention concerne des pièces en matière plastique cellulaire, notamment en matière thermoplas- tique, réalisées en une seule pièce avec une densité de matière variable ou non uniforme, et le procédé de fabri- cation de ces pièces. On sait déjà réaliser des pièces en matière thermoplastique cellulaire par injection dans un moule d'une matière thermoplastique chaude comprenant un agent gonflant. La matière injectée qui est au contact des pa- rois refroidies du moule se solidifie rapidement et forme une peau de matière compacte, tandis que la matière se trouvant à distance des parois du moule forme une âme en mousse ou à structure cellulaire sous l'action de l'agent gonflant. Cette technique connue ne permet cependant pas de réaliser des pièces en matière cellulaire qui sont dé- pourvues d'une peau de matière compacte. L'invention a notamment pour but d' apporter une solution simple, efficace et peu coûteuse à ce pro- blème. Elle a pour objet des pièces en matière cellu- laire réalisées sans peau superficielle compacte et ayant une densité variable ou non uniforme, permettant de conférer des fonctions et des propriétés mécaniques dif- férentes à des parties différentes des pièces considé- rées. Elle a également pour objet un procédé de fa- brication de ces pièces en matière cellulaire, permettant de régler à volonté et de façon précise les densités des différentes parties des pièces considérées. Elle propose donc un procédé de fabrication d'une pièce en matière plastique cellulaire réalisée en une seule pièce et en une seule matière, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser ladite pièce par thermofor- mage d'une ébauche en matière plastique cellulaire à den- sité sensiblement uniforme et à modifier localement la densité de l'ébauche au cours du thermoformage pour obte- nir dans la pièce finale au moins deux parties de densi- tés différentes. L'invention permet ainsi, par thermoformage d'une ébauche en matière cellulaire, d'obtenir une pièce ayant une forme finale désirée et une densité qui varie localement de façon prédéterminée. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, ce procédé consiste à comprimer plus ou moins cer- taines parties de l'ébauche dans un moule de thermofor- mage pour obtenir des parties plus ou moins denses dans la pièce finale. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, la matière plastique cellulaire de l'ébauche est à cellules ouvertes et le procédé consiste à régler la po- rosité des différentes parties de la pièce par réglage de la compression des parties correspondantes de l'ébauche. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, ce procédé consiste à donner par moulage à l'ébauche une forme qui est adaptée à la forme finale de la pièce à réaliser. Les températures de thermoformage sont par exemple de l'ordre de 200'C, les pressions de thermofor- mage étant comprises par exemple entre 0 et 100 bars en- viron. L'invention propose également une pièce en ma- tière plastique cellulaire réalisée d'une seule pièce et en une seule matière par exécution du procédé précité, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins deux parties ayant des densités différentes et s'étendant chacune sur toute l'épaisseur de la pièce. Dans un mode de réalisation de l'invention, cette pièce est réalisée en matière cellulaire à cellules ouvertes et les parties précitées ont des porosités pré- déterminées. Une telle pièce peut alors constituer un moyen de filtrage de fluide. En variante, elle peut constituer un moyen d'apport d'un liquide, par exemple d'un lubrifiant. Elle peut encore constituer un moyen d'amor- tissement et d'absorption des vibrations, ou bien une garniture d'étanchéité, ou un moyen de guidage. De façon générale, l'invention trouve de très nombreuses applications et permet notamment de remplacer plusieurs pièces en matière plastique par une pièce unique dont les différentes parties ont des fonctions et des caractéristiques mécaniques différentes. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci appa- raitront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple en référence aux des- sins annexés dans lesquels: la figure 1 représente schématiquement une pièce selon l'invention, en demi-coupe axiale et en demi- vue extérieure; la figure 2 est une vue schématique en coupe axiale d'une autre pièce selon l'invention. Les pièces selon l'invention sont réalisées en matière plastique cellulaire, notamment en matière ther- moplastique, telle par exemple qu'un polyéther, un poly-25 ester, un polyuréthanne, ou encore en un élastomère vul- canisable tel par exemple qu'un élastomère formé sur une matrice de matière thermoplastique. La pièce représentée en figure 1 est réalisée d'un seul tenant en une matière unique et est de forme générale cylindrique tubulaire. Elle comprend plusieurs parties ou zones ayant des densités et des fonctions dif- férentes, à savoir des parties d'extrémités axiales 10 qui constituent des lèvres d'étanchéité venant s'appli- quer sur un arbre cylindrique sur lequel la pièce est montée, une partie centrale 12 qui constitue un palier de guidage et des parties intermédiaires 14 comprises entre les lèvres d'extrémité 10 et la partie centrale 12 et qui constituent des coussinets de lubrification. La pièce représentée en figure 1 est réalisée par exemple en polyéther et les lèvres d'extrémité 10 ont une densité de l'ordre de 0,6 à 0,8 par exemple, tandis que la partie centrale 12 formant palier de guidage a une densité de l'ordre de 0,4 et que les coussinets in- termédiaires 14 ont une densité de 0,1. La matière dont est constituée la pièce est à cellules ouvertes et microporeuse et les zones 10, 12 et 14 qui ont des densités différentes ont également des po- rosités différentes. Cette différence de porosité est mise à profit selon l'invention, qui prévoit que les coussinets 14 ayant la densité la plus faible peuvent constituer une réserve d'un lubrifiant dont ils sont imprégnés. Les lèvres d'étanchéité 10, qui sont voisines de ces coussi- nets 14, ont une dureté Shore A d'environ 80 et une den- sité six à huit fois supérieure à celle des coussinets 14, donc une porosité six à huit fois inférieure, de sorte qu'elles sont à peu près étanches au lubrifiant contenu dans les coussinets. La partie 12 formant palier de guidage ayant par contre une densité intermédiaire sera plus facilement alimentée en lubrifiant que les lèvres d'étanchéité. La pièce représentée en figure 1 est réalisée par thermoformage d'une ébauche de matière cellulaire ayant une densité sensiblement uniforme. Cette ébauche peut être de forme tubulaire cylindrique à section circu- laire, ou bien elle peut éventuellement être préformée par moulage, pour avoir une forme adaptée à celle de la pièce finale à réaliser. Cette ébauche est donc placée dans un moule de thermoformage du type en deux parties ou bien du type comprenant des tiroirs coulissants, comme c'est le cas par exemple pour la pièce représentée en figure 1. Dans cet exemple, le moule de thermoformage va comprendre des tiroirs d'extrémité représentés schémati- quement par les références A en figure 1 et qui sont mo- biles axialement par rapport à la pièce pour venir former les lèvres d'étanchéité 10. Le moule comprend également un tiroir central de compression désigné par la référence B et qui est mobile perpendiculairement à l'axe de la pièce, de façon à venir comprimer la partie de l'ébauche qui formera le palier de guidage 12. Les parties C du moule, qui sont prévues entre les tiroirs A et B, peuvent être mobiles pour faciliter le démoulage de la pièce. Les températures de thermoformages sont de l'ordre de 200'C, et les pressions de thermoformage sont de l'ordre de 0 à 100 bars. Par réglage des pressions appliquées aux dif- férentes parties de-l'ébauche, on règle les densités des parties correspondantes de la pièce finale et, quand la matière est du type à cellules ouvertes, on règle égale- ment leur porosité. Les pièces selon l'invention peuvent donc avoir des fonctions composites de guidage, d'étanchéité, d'amortissement, de filtration, etc, en fonction du type de matière cellulaire utilisée et des degrés de compres- sion des différentes zones des ébauches, ces degrés de compression étant susceptibles de varier dans une très large mesure, par exemple de 1 à 50. On peut éventuellement, dans le cas de pièces ayant des parties de densités très différentes, réaliser les pièces par des moulages successifs au cours desquels on obtient progressivement les degrés voulus de compres- sion. La pièce représentée schématiquement en figure 2 est réalisée en une matière cellulaire à cellules ou- vertes et forme un soufflet poreux, comprenant une extré- mité 16 de grand diamètre par laquelle il est fixé sur un corps fixe par exemple, et une extrémité opposée 18 de diamètre plus faible, par laquelle il est fixé sur une tige déplaçable axialement en mouvement alternatif comme indiqué par la flèche double 20, de sorte que cette ex- trémité 18 peut occuper les deux positions représentées dans les parties haute et basse de la figure 2. La paroi périphérique 22 du soufflet, qui re- lie ces deux extrémités 16 et 18, est ondulée en coupe axiale, de la façon usuelle lorsqu'on veut réaliser un soufflet. La pièce représentée en figure 2 peut être réalisée en un caoutchouc cellulaire vulcanisable et pré- sente l'avantage de combiner des fonctions de déformation élastique (soufflet), d'étanchéité aux poussières et aux corps solides grâce à ses extrémités 16 et 18, et de fil- tration en permettant un passage d'air à travers toute la surface de la pièce, ce qui peut constituer un avantage extrêmement important dans certains cas, notamment lors- qu'on devait auparavant associer de façon indémontable un élément poreux en feutre à un soufflet non poreux en caoutchouc ou en matière plastique (cas des systèmes d'assistance au freinage). La filtration de l'air par toute la surface de la pièce permet d'augmenter très lar- gement la durée de service de la pièce, celle-ci se col- matant moins vite en raison de sa plus grande surface po- reuse. Les pièces selon l'invention, quand elles sont réalisées en matière cellulaire à cellules fermées sont également utilisables à des fins de filtrage et d'amor- tissement de vibrations, à des fins de protection (emballage) et pour la réalisation d'objets légers, donc flottants. Lorsque ces pièces sont réalisées en une ma- tière à cellules ouvertes, elles peuvent également être utilisées à des fins de dispersion ou de distribution d'un jet ou d'un écoulement de fluide. Les applications de l'invention sont donc ex- trêmement nombreuses et variées. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une pièce en ma- tière plastique cellulaire, réalisée en une seule pièce et en une seule matière, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser ladite pièce par thermoformage d'une ébauche en matière plastique cellulaire à densité sensiblement uniforme, et à modifier localement la densité de l'é- bauche au cours du thermoformage pour obtenir dans la pièce finale au moins deux parties (10, 12, 14) de densi- tés différentes. 2. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il consiste à comprimer plus ou moins cer- taines parties (10, 12) de l'ébauche dans un moule de thermoformage pour obtenir des parties plus ou moins denses dans la pièce finale. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, ca- ractérisé en ce que ladite matière plastique cellulaire étant à cellules ouvertes, il consiste à régler la poro- sité des différentes parties (10, 12, 14) de la pièce par réglage de la compression des parties correspondantes de l'ébauche. 4. Procédé selon l'une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à donner par moulage à l'ébauche une forme adaptée à la forme finale de la pièce à réaliser. 5. Procédé selon l'une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que les températures de ther- moformage sont de l'ordre de 200'C, et les pressions de thermoformage sont comprises entre 0 et 100 bars environ. 6. Pièce en matière plastique cellulaire réa- lisée d'une seule pièce et en une seule matière par exé- cution du procédé selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins deux parties (10, 12, 14) ayant des densités différentes et s'étendant chacune sur toute l'épaisseur de la pièce. 7. Pièce selon la revendication 6, caractéri- sée en ce qu'elle est réalisée en matière cellulaire à cellules ouvertes et en ce que les parties précitées (10, 12, 14) ont des porosités différentes prédéterminées. 8. Pièce selon la revendication 6 ou 7, carac- térisée en ce qu'elle est réalisée en un matériau thermo- plastique, tel qu'un polyéther, un polyester ou un poly- uréthanne, ou en un caoutchouc ou un élastomère vulcani- sable. 9. Pièce selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisée en ce qu'elle constitue un moyen de filtrage de fluide. 10. Pièce selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisée en ce qu'elle constitue un moyen d'apport d'un liquide, par exemple d'un lubrifiant. 11. Pièce selon l'une des revendications 6 à , caractérisée en ce qu'elle constitue un moyen d'amor- tissement et d'absorption des vibrations. 12. Pièce selon l'une des revendications 6 à 11, caractérisée en ce qu'elle constitue une garniture d'étanchéité. 13. Pièce selon l'une des revendications 6 à 12, caractérisée en ce qu'elle constitue un palier de guidage.