Brevet FR2722725A1 — publié le 19960126

La présente invention concerne un procédé pour réaliser des pièces en au moins deux matières thermopcastúques. Les pièces en matière thermoplastique présentent un certain nombre d'avantages, notamment quant à leur mode de fabrication, leur légèreté et leur stabilité dans le temps. Toutefois, elles présentent l'inconvénient important de ne pas pouvoir résister à de fortes contraintes mécaniques. Pour remédier à cet inconvénient, on a déjà proposé de leur ajouter des nervures, de les surdimensionner ou de les surmouler sur un insert métallique, mais ces solutions impliquent, pour les pièces ainsi obtenues, une augmentation de volume ou de poids ainsi qu'un prix de revient élevé. On a également tenté de réaliser des pièces en deux matières thermoplastiques, en procédant successivement au moulage de la première matière thermoplastique, puis au moulage de la seconde matière thermoplastique. Toutefois, cette solution implique une augmentation importante du temps de fabrication, et donc une élévation importante du coût. La présente invention vise à proposer un procédé simple et peu coûteux qui permet de fabriquer des pièces en au moins deux matières thermoplastiques différentes, ce qui permet notamment de les renforcer localement. Le procédé selon l'invention est en outre d'une mise en oeuvre particulièrement simple et économique. La présente invention a pour objet un procédé pour mouler une pièce en au moins deux matières thermoplastiques différentes, caractérisé par le fait que l'on apporte, à certains endroits du moule ouvert, une première matière thermoplastique, de forte viscosité à la température de moulage, et une seconde matière thermoplastique, de faible viscosité à la température de moulage, les deux matières thermoplastiques étant aptes à se souder lors du moulage et étant présentes en quantités suffisantes, pour ensemble, remplir le moule. Le procédé selon la présente invention consiste à introduire dans un même moule deux matières thermoplastiques de viscosités notablement différentes, en prenant soin de déposer la matière thermoplastique de forte viscosité à l'endroit o l'on désire la voir demeurer. Des expérimentations menées par la société demanderesse ont montré que la matière thermoplastique de faible viscosité pouvait être apportée en n'importe quel endroit du moule et ne déplaçait que légèrement la matière tnermopiast!que de forte viscosité en se répandant dans le reste du moule, alors que les fortes pressions mises en Jeu, qui sont de l'ordre de plusieurs centaines de Kg par cm!aIssent plutôt présager que les deux matières thermopiastlques fluent de façort aléatoire et se répandent dans tout le moule. Selon un mode de mise en oeuvre préféré de l'invention, il est avantageux d'utiliser une première matière thermoplastique qui présente, à la température de moulage, une viscoslté telle qu'elle a une longueur de flux d'environ 100 mm et une seconde matière thermoplastique qui présente, à la température de moulage, une viscosité telle qu'elle a une longueur de flux minimale de 600 mm, ces valeurs de longueur de flux étant définies, pour chaque matière plastique, comme étant 'a distance parcourue par la matière thermoplastique injectée à une pression de 1,2.10 Pa dans un moule en forme de spirale tel que représenté sur les figures 5 et 6. Cette spirale comporte trois enroulements espacés d'un écart E de mm. Le canal de la spirale, visible sur la vue en coupe de la figure 6, présente une section trapézoïdale d'épaisseur e égale à 3 mm, de petite base 1 égale à 10 mm et de grande base _ égale à 11 mm. On comprend que le procédé selon l'invention permet notamment de résoudre de façon économique le problème de la résistance mécanique des pièces en matière thermoplastique. En effet, pour renforcer localement une pièce, il suffit de la réaliser par mise en oeuvre du procédé selon l'invention, en prenant comme matière thermoplastique de forte viscosité, une matière thermoplastique, éventuellement assez coûteuse, qui présente, à l'état refroidi, une résistance mécanique importante, et comme matière thermoplastique de faible viscosité, une matière thermoplastique peu onéreuse et apte à se souder pendant le moulage à la matière de forte viscosité destinée à constituer les parties non renforcées de la pièce à réaliser. A titre d'exemples de matières thermoplastiques qui présentent une bonne résistance mécanique à l'état refroidi, on peut citer celles chargées de fibres de renfort. De façon non limitative, on peut utiliser à cet effet, du lin, du carbone, du kevlar, du verre ou du polypropylène. Ces fibres peuvent être courtes ou longues et orientées de façon isotrope ou selon une direction donnée. La matière thermoplastique renforcée peut également être obtenue par coextrusion de fibres de renfort avec de la matière thermoplastique. Dans ce cas, l'extrudat obtenu est de préférence déposé directement dans le moule, d'une manière telle que les fibres de renfort soient dirigées selon les lignes de sollicitation de la pièce à réaliser. L'utilisation d'une matière thermoplastique renforcée présente l'avantage que l'apport des fibres de renfort contribue non seulement à augmenter la résistance mécanique de cette matière thermoplastique renforcée à l'état refroidi, mais également à accroître la viscosité de cette matière thermoplastique à la température de moulage, de sorte que la même matière thermoplastique, mais non chargée, peut être utilisée comme matière thermoplastaque de faible viscosité, du fait de la différence notable de viscosité qui existe entre la matière thermoplastique chargée et la matière thermoplastique non chargée. Le procédé selon l'invention est également approprié pour réaliser des pièces en matière thermoplastique qui présentent par endroits une bonne résistance thermique. D'une manière générale, le procédé selon l'invention convient pour réaliser, d'une manière simple et économique, des pièces qui présentent localement des propriétés particulières. Il suffit tour cela de choisir une matière thermoplastique de forte viscosité à la température de moulage, qui présente les propriétés recherchées à l'état refroidi, et une matière thermoplastique de faible viscosité, de préférence peu onéreuse, et apte à se souder lors du moulage à la matière de forte viscosité qui permet de réaliser les parties complémentaires de la pièce moulée. Selon l'invention, la matière thermoplastique de faible viscosité peut être apportée en n'importe quel endroit du moule, tandis que la matière thermoplastique de forte viscosité doit être apportée à l'endroit o l'on veut qu'elle reste lors du moulage. Selon un mode de mise en oeuvre préféré de l'invention, les matières thermoplastiques sont apportées dans le moule par extrusion. Dans ce cas, une tête d'extrusion pour chaque matière thermoplastique est déplacée en différents endroits du moule pour y déposer la quantité appropriée d'extrudat. Selon une variante préférée de ce mode de mise en oeuvre, les deux matières thermoplastiques sont extrudées simultanément dans le moule. Cette variante présente l'avantage essentiel de pouvoir être exécutée dans un temps très court, dans la mesure o les deux matières thermoplastiques sont déposées dans le même temps que celui qui serait nécessaire pour déposer une seule matière plastique. Selon un mode d'exécution preéfré de cette variante, on dépose les deux matières thermoplastiques sensiblement au même endroit, ce qui permet de simpifler l'équipement industrie: qui réalise le dépôt de l'extrudat. Ainsi, la matière thermoplastlque de forte viscosité demeure à l'endroit du dépôt tandis que la matière thermoplastique peu visqueuse remplit le reste du moule. Selon ce mode d'exécution, on dépose la matière thermoplastique de forte viscosité directement contre la paroi du moule, c'est-à-dire en evltant d'intercaler une couche de matière thermoplastique peu visqueuse entre le moule et ladite matière thermoplastique de forte viscosité. si une telle précaution n'est pas prise, il peut apparaître le risque que la matière thermoplastique de forte viscosité se déplace dans le moule pendant le moulage. A cet effet, on peut par exemple déplacer un bras supportant deux têtes d'extrusion qui sont décalées de quelques centimètres dans le sens de déplacement du bras, et extruder la matière thermoplastique la plus visqueuse par la tête d'extrusion qui se trouve la plus en avant. La matière thermoplastique peu visqueuse vient alors recouvrir la matière déjà déposée qui se trouve bien au contact du moule. Selon un deuxième mode de mise en oeuvre de l'invention, on peut apporter les matières thermoplastiques en déposant des galettes préchauffées aux différents endroits du moule, de manière à ce que la fermeture du moule provoque le fluage de ces matières thermoplastiques dans les mêmes conditions qu'indiqué précédemment. Selon un troisième mode de mise en oeuvre, on utilise la technique dite d'injection-compression. Pour cela, on ferme partiellement le moule, et l'on injecte l'une au moins des deux matières thermoplastiques en quantité appropriée au travers d'orifices d'injection débouchant aux endroits prédéterminés du moule. Ce type d'injection peut en fait être considéré comme une extrusion du fait que la matière thermoplastique est soumise à la pression atmosphérique dès qu'elle arrive dans le moule, ce qui est le cas d'une extrusion. La fermeture complète du moule intervient alors après l'injection, son remplissage s'effectuant par fluage de la matière thermoplastique injectée. On peut également, selon ce mode de réalisation, fermer le moule en même temps que l'on y injecte la ou les matières thermoplastiques. Bien entendu, les deux matières thermoplastiques peuvent, selon l'invention, être apportées chacune d'une manière différente de l'autre. Dans le but de mieux fanre comprendre l'invention, on va en décrire maintenant un mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif en référence au dessin annexé dans lequel: - la figure i représente schématiquement, vu de dessous et en perspective un carénage de moteur de véhlcule automobile, - la figure 2 est une vue en coupe d'un moule en deux parties permettant la réalisation du carénage de moteur de la figure 1, prise selon un plan de coupe correspondant, sur le carénage, au plan II-II de la figure 1, - la figure 3 est une vue analogue à la figure 2 illustrant une première étape de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, - la figure 4 est une vue analogue à la figure 2 illustrant une seconde étape de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, et - les figures 5 et 6 représentent un moule en forme de spirale permettant de déterminer la longueur de flux des matières thermoplastiques. La figure 1 représente un carénage de moteur de véhicule automobile qui est une pièce destinée à être disposée en-dessous de l'ensemble moteur pour le protéger des projections pouvant provenir de la chaussée. Ce carénage se présente sous la forme d'une plaque 1 qui comporte deux évidements latéraux 2 pour le passage des suspensions et un évidement central 3 ouvert vers l'arrière pour le passage du fond du bloc moteur. Le carénage illustré comporte deux parties horizontales planes, l'une périphérique et basse par rapport au dessin 4 et l'autre interne et haute par rapport au dessin 5, réunies par une portion inclinée 6. Cette configuration du carénage a pour but de lui conférer une certaine rigidité. Le bord interne avant du carénage comporte un rebord 7 dirigé vers le haut par rapport au dessin. L'ensemble du carénage est traditionnellement moulé en une seule opération. Des perçages non représentés peuvent être ultérieurement réalisés pour permettre la fixation du carénage au châssis du véhicule. La figure 2 est une vue en coupe du moule permettant la réalisation du carénage illustré, prise dans un plan correspondant au plan II-II de la figure 1. Dans la oositicn représentée sur cette figure, le moule se trouve er. position semi-ouverte, c'est-à-dire que ses parties inférieure 8 et superieure 9 sont espacees l'une de l'autre. On retrouve, dans l'empreinte du moule, la région 7' correspondant au rebord 7, la région _' correspondant à la partie plane haute 5, la région 6' correspondant à la Dportion inclinée 6 et la région 4' correspondant à la partie plane basse du carénage. Conformément à l'invention, on apporte deux matières thermoplastiques de viscosités différentes et aptes à se souder aux endroits du moule correspondant à la partie 12 du carénage que l'on désire renforcer mécaniquement. De ce fait, comme représenté sur la figure 3, on dépose les deux matières thermoplastiques 10,11 par extrusion dans la zone 12' du moule, à l'aide d'une tête d'extrusion mobile non représentée qui comporte deux canaux d'alimentation. La surface initialement occupée par la matière de forte densité est délimitée en trait interrompu sur la figure 1. Le déplacement de la tête d'extrusion le long de la zone 12' du moule permet de disposer les fibres de renfort orientées de la première matière thermoplastique 10 parallèlement au bord du carénage 1. A titre d'exemple de couples de matières thermoplastiques utilisables pour réaliser le carénage illustré, on peut citer les produits suivants: EXEMPLE lere Matière thermoolastique 2ème Matière thermoplastique 2N a forte viscosité a faible viscosité polypropylene chargé de fibres polypropylène longues de renfort 2 polypropylene chargé de fibres polypropylène chargé de fibres longues de renfort courtes. 3 polypropylène chargé de fibres polypropylène régénéré ou longues de renfort rebroyé. 4 polyamide chargé de fibres polyamide longues de renfort SMA chargé de fibres longues SMA Comme on ie voit sur la figure 3, la première matière thermopLastique 10, est apportée dans Le moule en quantité inférieure à la seconde matiere thermoplastique il. Les deux matières sont icI déposées côte a côte sur le moule, de sorte cue la matière thermoplastique de forte viscosité 10 se trouve directement au contact du moule. La propcrtion entre les quantLtés de première et de seconde mateières thermopiasttques est déterminée en fonction de la proportion que l'on désire voir apparaître dans la pièce finale après refroidissement des matières thermoplast!ques. Dans le cas présent, on apporte environ 2,5 fois plus de seconde matière thermoplastique 11 que de première matière thermoplastique 10. Conformément à l'invention, la quantité totale de matière thermoplastique apportée dans le moule doit être sensiblement égale ou légèrement supérieure au volume de la pièce que l'on désire réaliser, étant entendu que le retrait des matières plastiques doit être pris en compte. Apres qu'une quantité suffisante des deux matières thermoplastlques a été déposée dans le moule ouvert, on referme ce dernier, ce qui provoque le fluage des deux matières thermoplastiques, comme illustré à la figure 4. Conformément à l'invention, la différence notable de viscosité entre les deux matières thermoplastiques conduit la première à demeurer sensiblement dans la zone 12' du moule, tandis que la seconde remplit le reste du moule. Après durcissement des deux matières thermoplastiques, on obtient le carénage représenté à la figure i, sur lequel on voit clairement que la matière thermoplastique renforcée 10 se situe majoritairement dans la partie 12 du carénage, tandis que la matière thermoplastique non renforcée 11 constitue le reste du carénage. Du fait que les deux matières thermoplastiques sont déposées dans le moule par extrusions simultanées, l'opération de dépôt n'est pas plus longue que si le carénage était constitué d'une seule matière thermoplastique. En d'autres termes, la mise en oeuvre du procédé selon illustré permet, sans rallonger le cycle de fabrication, donc sans en augmenter le coût de façon sensible, de réaliser un carénage composé de deux matières thermoplastiques qui présente une excellente résistance mécanique. UOT-uauT,I ap aipeD np eia: nod;azos suesu sa-qeTisap SUoCeSzTpOUw saenoq aToAeaei vanod ln la Te:z aa SDeieD unDne azuesaed auT:2zap aa.,p quaiA Tnb ajAnao ua asTu ap apow a' anb npuazua uaaq sa II -9 - REVENDICATIONS 1. Procédé pour mouler une pièce en au moins deux matières thermoplastiques différentes, caractérisé par le fait que l'on apporte, à certains endroits du moule ouvert (8,9) une première matière thermoplastique (10), de forte viscosité à la température de moulage, et une seconde matière thermoplastique (11), de faible viscosité à la température de moulage, les deux matières thermoplastiques (10,11) étant aptes à se souder lors du moulage et étant présentes en quantités suffisantes pour, ensemble, remplir le moule (8,9). 2. Procédé selon la revendication 1, appliqué à la réalisation de pièces localement renforcées, caractérisé par le fait que l'on utilise, comme matière thermoplastique de forte viscosité, une matière thermoplastique qui présente à l'état refroidi une résistance mécanique importante. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'on utilise comme matière thermoplastique de forte viscosité (10), une matière thermoplastique chargée de fibres de renfort telles que du lin, du carbone, du kevlar, du verre ou du polypropylène. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'on utilise comme matière thermoplastique de forte viscosité (10), un coextrudat de fibres de renfort et de matière thermoplastique. S. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'une au moins des matières thermoplastiques est apportée dans le moule (8,9) par extrusion. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les matières thermoplastiques sont extrudées simultanément dans le moule (8,9). 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la matière thermoplastique de forte viscosité (10) est déposée directement contre la paroi du moule (8,9). 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que l'on apporte l'une au moins des matières thermoplastiques (10, 11) en déposant des galettes préchauffées aux différents endroits du moule (8,9). 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que l'on ferme partiellement le moule, et que l'on injecte l'une au moins des deux matières thermoplastiques (10,11) en quantité appropriée au travers d'orifices d'injection débouchant aux endroits prédéterminés du moule (8,9).