Brevet FR2783195A1 — publié le 20000317

L'invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce de forme en matière plastique comprenant au moins une couche de renfort constituée par des fibres. L'invention concerne en particulier la fabrication d'une pièce de forme comportant un noyau en mousse recouvert par des parois renfor- cées. Pour la fabrication de véhicules automobiles d'avenir, de conception simplifiée, on envisage de réaliser l'ensemble de la coque ou de la carrosse- rie, à partir d'éléments de structure en matière plastique de très grande rigi- dité, facilement assemblables et présentant un aspect de surface sans dé- faut et pouvant être utilisés éventuellement sans peinture de protection ou d'aspect. De tels éléments de structure, qui peuvent se présenter par exemple sous la forme de panneaux dont les surfaces présentent des parties en creux et des parties en relief, peuvent comporter un noyau en mousse de matière plastique donnant de très bonnes propriétés d'isolation acoustiques et thermiques aux éléments de structure. De tels panneaux isolants peuvent être utilisés également dans le domaine du bâtiment, ou encore dans la construction de bateaux de plai- sance. Le noyau en mousse est recouvert sur deux faces opposées par des parois en matière plastique renforcées par des fibres. On peut également concevoir des pièces de carrosseries de véhicu- les automobiles ou des pièces participant à l'aérodynamisme des véhicules qui sont constituées par une paroi profilée en matière plastique renforcée par des fibres. Ces pièces sont généralement fabriquées par un procédé de moulage avec transfert de résine ou procédé RTM (de la dénomination anglaise Re- sin Transfer Moulding). Dans un tel procédé, une couche de renfort de la pièce constituée essentiellement par des fibres de verre est mise en forme pour reproduire la forme de la pièce ou de ses parois externes, puis introduite dans un moule pour être totalement imprégnée et recouverte de résine liquide sous pres- sion. Après solidification et durcissement de la résine, on démoule la pièce constituée d'au moins une-couche de fibres de verre noyée dans de la ré- sine. Le préformage de la pièce ou des parois de la pièce nécessite d'effectuer successivement les opérations suivantes: - découpe du renfort constitué par des fibres de verre et un liant ther- moplastique, - chauffage du renfort pour faire fondre le liant thermoplastique, - transfert du renfort chaud entre deux parties d'un moule de préfor- mage, - fermeture du moule de préformage, - refroidissement du renfort préformé pour figer le liant thermoplasti- que. Dans le cas d'une pièce comportant un noyau en mousse revêtu de deux parois externes ou peaux, il est nécessaire de préformer les deux peaux en utilisant deux moules de préformage différents puis d'habiller le pain de mousse par agrafage des préformes des deux peaux sur le noyau en mousse. L'ensemble constitué par le noyau en mousse revêtu par les préfor- mes est introduit dans un moule d'injection de résine pour réaliser l'impré- gnation des préformes avec de la résine liquide sous pression. Les opérations de fabrication sont donc complexes, longues et coû- teuses et nécessitent d'utiliser plusieurs moules, en particulier dans le cas de la réalisation d'une pièce comportant un noyau en mousse. On connaît d'autre part des couches de renfort en fibres de verre constituées par un mat deformable sous faible pression, qui peut être appli- qué manuellement sur un noyau d'une structure telle qu'une coque d'un ba- teau, avant de réaliser l'imprégnation de la couche de renfort par une résine liquide. Ce procédé manuel, qui demande des opérations de découpage et d'application de la couche de renfort sur le noyau, est cependant long à mettre en oeuvre et ne peut être utilisé pour une production industrielle d'éléments de structure tels que des pièces de véhicules automobiles ou des panneaux pour le bâtiment ou d'autres types de construction nécessitant la fabrication de très nombreuses pièces. Le but de l'invention est de proposer un procédé de fabrication d'une pièce de forme en matière plastique comprenant au moins une couche de renfort constituée par des fibres, consistant à mettre en forme la couche de renfort et à l'imprégner et à la recouvrir d'une matière polymérisable puis a assurer le durcissement de la matière polymérisable sous pression, ce pro- cédé pouvant être mis en oeuvre industriellement, sur des machines auto- matiques. Dans ce but, on introduit la couche de renfort dans un moule, sous la forme d'un mat déformable et on réalise le formage du mat, suivant la forme de la pièce, par compression à l'intérieur du moule. En particulier, dans le cas d'une pièce comportant un noyau en mousse revêtu de deux peaux renforcées par des fibres de verre, deux cou- ches de renfort destinées à constituer les peaux externes de la pièce peu- vent être mises en forme simultanément sur les surfaces du noyau en mousse, à l'intérieur d'un moule de préformage ou à l'intérieur du moule d'injection de résine d'imprégnation lui-même. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple, en se référant aux figures jointes en annexe, un mode de réalisation selon l'invention d'une pièce comportant un noyau en mousse et deux peaux externes de recouvrement du noyau en mousse renforcées par des fibres de verre. Les figures 1A, lB, 1C, 1D et 1E sont des vues schématiques illus- trant cinq étapes successives du procédé de fabrication d'une pièce com- portant un noyau de mousse, suivant l'art antérieur. La figure 2 est une vue schématique d'une installation de préformage de couches de renfort pour la mise en oeuvre du procédé selon l'art anté- rieur. Les figures 3A, 3B, 3C et 3D montrent de manière schématique qua- tre étapes successives d'un procédé de fabrication d'une pièce comportant un noyau de mousse, suivant l'invention et suivant un premier mode de réa- lisation. Les figures 4A et 4B montrent de manière schématique deux étapes successives d'un procédé de fabrication d'une pièce comportant un noyau de mousse, suivant l'invention et suivant un second mode de réalisation. En se reportant aux figures lA à 1 E et 2, on va décrire un procédé suivant l'art antérieur de fabrication d'une pièce comportant un noyau en mousse de matière plastique et deux parois renforcées par des fibres de verre. Sur la figure 1A, on a représenté deux parties de moule la et 1 b entre lesquelles on a formé un noyau en mousse de matière plastique 2 consti- tuant la partie centrale d'un élément de structure pour véhicule automobile. De manière classique, après fermeture du moule en deux parties la, lb, on injecte une matière plastique contenant un agent moussant dans la cavité du moule. Après moulage et durcissement de la pièce, on ouvre le moule, comme représenté sur la figure l A. Comme il est visible sur la figure 1 B, on réalise ensuite, entre deux éléments de moule de préformage 3a et 3b, le formage d'un renfort 4 pour constituer une préforme d'une première peau de recouvrement du noyau de mousse. Comme représenté sur la figure 1C on réalise également, entre deux parties de moule 3'a et 3'b, le formage d'une couche de renfort 4' pour obte- nir une préforme d'une seconde peau de la pièce destinée à être rapportée sur le noyau de mousse 2. Les couches de renfort 4 et 4' sont constituées sous la forme de mats de fibres de verre comportant, en plus des fibres de verre, une matière ther- moplastique de liaison des fibres. Les préformes 4 et 4' sont chauffées à une température de fusion de la matière plastique avant d'être introduites entre les parties de moule 3a, 3b ou 3'a, 3'b. Lors de la fermeture du moule, par rapprochement des parties 3a et 3b et 3'a et 3'b, comme indiqué par les flèches 5 et 5' sur les figures l B et 1 C, les flans de renfort 4 et 4', qui sont maintenus par un cadre serre- flan 6 ou 6' d'une forme correspondant à la pièce, sont mis en forme par compression entre les parties de moule. Les couches de renfort 4 et 4' préformées entre les parties de moule sont refroidies, de manière à figer le liant thermoplastique et à garder la forme donnée aux renforts. On obtient ainsi deux préformes 7 et 7' qui sont utilisées pour réaliser l'habillage du noyau en mousse 2, comme il est repré- sente sur la figure 1 D. Les préformes 7 et 7' sont maintenues autour du pain de mousse 2, dans leur position représentée sur la figure 1 D, par agrafage sur le noyau de mousse. Sur la figure 2, on a représenté l'ensemble d'une installation permet- tant de réaliser le préformage de couches de renfort constituées par des nappes de fibres de verre auxquelles est incorporé un liant thermoplastique. Les mats de fibres de verre sont déroulés à partir de rouleaux d'approvisionnement 8 et déplacés dans le sens d'avancement de la ligne (dans la direction horizontale et de gauche à droite) par un tapis roulant 9 et des rouleaux entraîneurs 10. Les mats de fibres de verre déroulés sont amenés dans une installa- tion de découpage comportant une scie 11 qui réalise le tronçonnage des mats continus en fibres de verre, de manière à obtenir des flans 12 qui sont pris en charge par des chariots de transfert 13. Les chariots de transfert 13 qui se déplacent dans le sens d'avance- ment de la ligne amènent les flans un par un dans une installation de chauffage 14 comportant des lampes à infrarouge destinées à chauffer les flans 12 sur leurs deux faces. Les flans 12 sont ensuite amenés un par un dans l'emprise d'une presse comportant un poinçon 3a et une matrice 3b. Les flans destinés à constituer des couches de renfort en fibres de verre sont formés, comme indiqué plus haut, entre les deux parties de presse, de manière qu'on ob- tienne des renforts d'habillage du noyau de mousse. Comme il est visible sur la figure 1E, le noyau de mousse 2, qui est recouvert par les préformes 7 et 7', est introduit entre deux parties 15a, 15b d'un moule dont la cavité délimitée entre les deux parties 15a et 15b pré- sente la forme de la pièce à réaliser, c'est-à-dire pratiquement la forme du noyau recouvert des préformes 7 et 7'. On referme le moule par rapprochement des parties 15a et 15b Après fermeture du moule, la pièce 16 est maintenue en position parfaite- ment fixe à l'intérieur du moule, par pincement des bords latéraux 17 et 17' des préformes 7 et 7' en position superposée, entre des bords périphériques de forme voulue des parties 15a et 15b du moule. On introduit alors de la résine liquide sous pression de quelques bars à l'intérieur du moule, par une ouverture d'alimentation 18, comme repré- senté par la flèche 19. La résine liquide sous pression réalise l'imprégnation des mats de fibres de verre et le remplissage complet de la partie de la ca- vite du moule contenant les préformes. Après durcissement de la résine, le noyau en mousse 2 de la pièce est recouvert de deux peaux constituées par des mats de fibres de verre noyés dans la résine. Les différentes étapes du procédé de fabrication selon l'art antérieur qui vient d'être décrit, et en particulier le préformage des couches de renfort et l'habillage du noyau de mousse par les préformes, sont relativement complexes, longues et donc coûteuses et nécessitent l'utilisation de chaînes de fabrication comportant de nombreuses installations successives et en particulier au moins trois unités de moulage. Sur les figures 3A à 3D d'une part et 4A et 4B d'autre part, on a re- présenté les différentes étapes d'un procédé suivant l'invention, suivant un premier mode de réalisation et suivant un second mode de réalisation, res- pectivement. Sur les figures 3A à 3D, on a représenté les étapes successives d'un procédé de fabrication de pièces comportant un noyau en mousse de forme et de structure identiques à celles de la pièce fabriquée par le procédé de l'art antérieur. La pièce 20 à l'état fini est représentée à l'intérieur d'un moule d'injection de résine, sur la figure 3D. Sur la figure 3A, on a représenté le noyau en mousse 22 de la pièce dont on a réalisé le formage à l'intérieur d'un premier moule en deux parties 21a, 21b. Cette étape du procédé est identique à l'étape représentée sur la figure 1A du procédé suivant l'art antérieur. Comme il est visible sur la figure 3B, le noyau en mousse 22 formé entre les parties 21a, 21b du premier moule et démoulé après durcissement de la matière plastique moussée est recouvert d'une couche de résine ther- modurcissable telle qu'une couche de résine de polyester projetée par une tête de projection 23. Comme on le voit sur la figure 3C, le noyau de mousse 22 est ensuite placé entre deux parties 25a et 25b d'un second moule ou moule de préfor- mage, entre deux couches de renfort 24 et 24' obtenues par découpage de flans, à partir d'un rouleau d'un mat de fibres de verre. On utilise un mat de fibres de verre facilement déformable du type des mats utilisés pour le recouvrement manuel de noyaux de pièces telles que des coques de bateaux. Ces mats de fibres de verre comportent, outre des nappes de fibres, au moins une couche de mousse de matière plastique destinée à donner une certaine épaisseur au mat de fibres tout en lui assu- rant une très bonne formabilité. Les parties 25a et 25b du moule de préformage, qui sont associées à des éléments de presse hydrauliques comportant des vérins, sont rappro- chés l'une de l'autre, de manière à assurer la fermeture du moule et une compression des mats de fibres 24 et 24' sur la surface extérieure du noyau de mousse 22. Les parties de moule 25a et 25b sont maintenues à une température de l'ordre de 60 pendant le préformage. Lors de la fermeture du moule, les mats de fibres de verre 24 et 24' sont déformés en compression par les parties du moule de préformage 25a et 25b, suivant des formes correspondant aux formes de la surface externe du noyau en mousse 22, de sorte que les mats 24 et 24' sont maintenus, avec pression, à l'intérieur du moule de préformage contre les surfaces ex- ternes du noyau 22 recouvert de résine polyester. La température du moule permet de réaliser une réticulation de la ré- sine de polyester thermodurcissable et le collage des mats de fibres de verre 24 et 24' contre la surface externe du noyau. Comme il est visible sur la figure 3D, le noyau 22 recouvert des mats de fibres 24 et 24' est introduit dans la cavité d'un troisième moule compor- tant deux parties 26a et 26b qui sont serrées l'une contre l'autre pour réali- ser la fermeture du moule dans lequel a été introduit le noyau 22 recouvert des mats de fibres de verre 24 et 24'. Une seconde résine, qui peut être également de la résine de polyes- ter, est injectée dans le moule, par une ouverture d'injection 28, comme re- présenté schématiquement par la flèche 29. Les parties de bord 27 et 27' des mats de fibres 24 et 24' sont maintenues par serrage entre les deux parties de moule, de manière à éviter tout déplacement des mats de fibres pendant l'injection de la résine. La seconde résine est injectée dans le moule de manière à imprégner complètement les mats de fibres 24 et 24' et à remplir totalement la partie de la cavité du moule qui n'est pas remplie par le noyau en mousse 22 et les mats de fibres 24 et 24'. Après réticulation et durcissement de la seconde résine dans le moule, la pièce 20 peut être démoulée. Cette pièce comporte, autour du noyau en mousse 22, deux parois en résine renforcée par les fibres de verre. De manière à obtenir un parfait aspect de surface de la pièce 20 et une coloration analogue à celle donnée par une peinture, on enduit généra- lement les surfaces de contact avec la pièce des parties du moules 26a et 26b avec un gel-coat sur une épaisseur faible, de manière à obtenir une couche durcie sur la pièce après injection de la seconde résine, ayant une épaisseur de l'ordre de 400 à 500 pm. La couche de gel-coat, qui est appli- quée directement sur une surface préformée, ne subit pas de détérioration. Dans le cas o il n'est pas nécessaire de recouvrir la pièce par un gel-coat, on peut utiliser un procédé de fabrication de la pièce qui est simpli- fié, comme représenté sur les figures 4A et 4B. Les éléments correspondants sur les figures 3A à 3D d'une part et 4A et 4B d'autre part portent les mêmes repères. Sur la figure 4A, on a représenté un noyau de mousse 22 après son formage entre deux parties 21a, 21b d'un premier moule. Cette opération est identique à l'opération déjà décrite et représentée sur les figures 1A et 3A, dans le cas des procédés décrits précédemment. Le noyau en mousse 22 est placé, entre deux mats de fibres 24 et 24', directement entre les parties 26a et 26b du moule d'injection de résine qui constitue alors le second moule. Les mats 24 et 24' de fibres de verre sont des mats facilement defor- mables d'un type analogue à celui décrit dans le cadre du premier mode de réalisation de l'invention. En particulier, de tels mats de fibres peuvent être constitués par des renforts vendus sous l'appellation Rovicore, par la société Chomarat. On réalise la fermeture du moule, par rapprochement de ses parties 26a et 26b, le noyau en mousse 22 intercalé entre les mats de fibres de verre 24 et 24' étant placé dans la cavité du moule. Les parties de moule 26a et 26b assurent par compression le for- mage des mats de fibres 24 et 24' à l'intérieur même du moule d'injection de résine, contre le noyau de mousse 22 non revêtu de résine et sans avoir à chauffer le moule. On injecte une résine thermodurcissable, comme précédemment par une ouverture d'entrée de résine 28 à l'intérieur de la cavité du moule. La résine imprègne et recouvre l'ensemble des nappes de fibres des mats 24 et 24'. On réalise la réticulation et le durcissement de la résine à l'intérieur du moule avant de réaliser le démoulage de la pièce. Dans le cas de ce mode de réalisation de l'invention, il ne serait pas possible d'obtenir une couche de gel-coat de bonne qualité, dans la mesure o cette couche de gel-coat de faible épaisseur serait déchirée, lors de la mise en forme des mats de fibres dans le moule, pendant sa fermeture. L'invention est bien entendu applicable à la réalisation d'une pièce sans noyau de mousse et comportant une seule paroi constituée par un mat de fibres ayant la forme de la pièce imprégné et recouvert de résine. Dans ce cas, on introduit directement un mat de fibres facilement formable à l'intérieur d'un moule d'injection de résine, entre deux pièces de moule déli- mitant entre elles une cavité dont la forme correspond à la forme de la pièce à obtenir. Pendant la fermeture du moule, le mat de fibres est formé par compression entre les deux parties du moule suivant une forme analogue à la forme de la pièce. On réalise l'injection d'un volume de résine égal au vo- lume restant de la cavité du moule dans laquelle est disposé le mat de fibres qui a eté préformé. Après injection de la résine et réticulation de celle-ci à l'intérieur de la cavité du moule, on peut démouler la pièce qui est constituée par une simple paroi de résine renforcée par des fibres de verre. Bien entendu, le procédé s'applique dans le cas de toute pièce en ré- sine ou plus généralement en toute matière plastique polymérisable, renfor- cée par des fibres de verre. L'invention connaît des applications dans la fabrication de pièces de carrosserie ou de structure pour l'industrie automobile, d'éléments tels que des panneaux ou des portes pour l'industrie du bâtiment, ou encore de toute pièces de forme pour la fabrication de bateaux. L'invention peut connaître également des applications dans d'autres industries de fabrication d'objets d'usage courants, par exemple d'appareils électroménagers. REVENDICATIONS 1.- Procédé de fabrication d'une pièce de forme en matière plastique comportant au moins une couche de renfort constituée par des fibres, con- sistant à mettre en forme la couche de renfort (4, 4', 24, 24') et à l'imprégner et à la recouvrir d'une matière polymérisable liquide sous pression, puis à assurer le durcissement de la matière polymérisable, caractérisé par le fait qu'on introduit la couche de renfort (24, 24') dans un moule (25a, 25b, 26a, 26b) sous la forme d'un mat déformable (24, 24') et qu'on réalise le formage du mat (24, 24') suivant la forme de la pièce, par compression à l'intérieur du moule (25a, 25b, 26a, 26b). 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on réalise le formage du mat (24, 24') directement dans un moule (26a, 26b) d'injection de la matière polymérisable sous pression. 3.- Procédé suivant la revendication 1, pour la fabrication d'une pièce de forme comprenant un noyau (22) en mousse de matière plastique et deux parois de recouvrement du noyau de mousse (22) constituées par une ré- sine renforcée par des fibres de verre, dans lequel on forme et on polymé- rise le noyau (22) dans un premier moule (21a, 21b), caractérisé par le fait qu'on recouvre la surface extérieure du noyau (22), par une couche de ré- sine thermodurcissable telle qu'une résine polyester, qu'on introduit le noyau (22) recouvert de résine thermodurcissable, entre deux mats de fibres de verre (24, 24') facilement déformables, à l'intérieur d'un second moule (25a, b) de préformage des mats (24, 24') de fibres de verre, qu'on ferme le second moule de manière à réaliser le formage des mats de fibres (24, 24') sur la surface extérieure du noyau de mousse (22), qu'on réalise la réticula- tion et le durcissement de la résine thermodurcissable dans le moule de préformage, de manière à réaliser le collage des mats de fibres de verre (24, 24') sur la surface extérieure du noyau de mousse (22), qu'on introduit le noyau de mousse (22) recouvert des mats de fibres (24, 24') collés sur sa surface extérieure, dans un troisième moule (26a, 26b), qu'on injecte une résine thermodurcissable à l'état liquide sous pression dans le moule (26a, 26b), de manière à imprégner et à recouvrir les mats de fibres de verre (24, 24') de la seconde résine thermodurcissable, à l'intérieur de la cavité du moule et qu'on réalise le durcissement de la seconde résine thermodurcis- sable à l'intérieur du moule (26a, 26b). 4.- Procédé suivant la revendication 3, caractérisé par le fait qu'on enduit des surfaces de contact avec la pièce (20), du troisième moule (26a, 26b) avec un gel-coat, préalablement à l'introduction du noyau de mousse (22) recouvert des mats de fibres (24, 24') dans le troisième moule (26a, 26b). 5.- Procédé suivant la revendication 1 pour la fabrication d'une pièce de forme comportant un noyau (22) en mousse de matière plastique et deux parois recouvrant la surface extérieure du noyau en mousse de matière plastique constituées par une résine thermodurcissable renforcée par des fibres de verre, dans lequel on réalise le moulage du noyau en mousse de matière plastique dans un premier moule (21a, 21b), caractérisé par le fait qu'on introduit le noyau (22) en mousse de matière plastique, à l'intérieur d'un second moule (26a, 26b) entre deux mats de fibres de verre (24, 24') facilement déformables, qu'on ferme le second moule (26a, 26b) de manière à réaliser le formage des mats de fibres de verre (24, 24') sur la surface ex- térieure du noyau de mousse (22), à l'intérieur du second moule, qu'on in- jecte dans la cavité du moule, à l'état fermé, une résine thermodurcissable, de manière à imprégner et à recouvrir les mats de fibres de verre (24, 24') et qu'on réalise le durcissement de la résine thermodurcissable à l'intérieur du second moule (26a, 26b). 6.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, ca- ractérisé par le fait que le ou les mats déformables sont constitués de nap- pes de fibres de verre entre lesquelles est placée au moins une couche de mousse de matière plastique. 7.- Utilisation d'un procédé suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6, pour la réalisation d'un élément de structure de la coque ou de la carrosserie d'un véhicule automobile.