Brevet FR2777218A1 — publié le 19991015

La présente invention concerne de manière générale des panneaux de structure composite de type sandwich à âme alvéolaire notamment pour véhicules automobiles, et plus particulièrement un procédé pour réaliser un tel panneau pourvu d'une charnière. Les matériaux de type sandwich à âme alvéolaire présentent des caractéristiques très importantes eu égard à leur poids. De manière classique, la construction de tels panneaux consiste à emprisonner par collage ou soudure une âme alvéolaire de faibles caractéristiques mécaniques entre deux peaux présentant une épaisseur beaucoup plus faible que celle de l'âme alvéolaire mais possédant d'excellentes caractéristiques mécaniques. En outre, on connaît du document FR 2 711 573 appartenant à la Demanderesse, un procédé pour réaliser un panneau de structure composite du type sandwich à âme alvéolaire, selon lequel on réalise ledit panneau en une seule étape, par pressage dans un moule à froid, d'un empilement constitué d'au moins une première peau en matériau thermoplastique renforcé estampable, d'une âme alvéolaire en matériau thermoplastique, d'une deuxième peau en matériau thermoplastique renforcé estampable, et d'une première couche de revêtement externe en matériau tissé ou non tissé, lesdites peaux étant préalablement chauffées hors du moule à une température de ramollissement. Un tel procédé est particulièrement avantageux dans le fait qu'il permet en une seule opération de générer la cohésion entre les différentes couches de structure composite et de conformer ledit panneau. Le panneau ainsi réalisé conserve toutes les propriétés mécaniques dûes à la structure sandwich à âme alvéolaire. Les panneaux de structure composite du type sandwich à âme alvéolaire présentent des caractéristiques de rigidité suffisante permettant de renforcer structurellement des structures mécaniques soumises à des contraintes importantes sans pour cela trop les alourdir. De tels panneaux sont alors couramment utilisés dans les secteurs de la construction navale, aéronautique et ferroviaire. Toutefois, de tels panneaux sont rarement utilisés tel quels. Pour augmenter au maximum la fonctionnalité de tels panneaux, il est connu d'y ajouter notamment des charnières pour pouvoir monter de façon articulée ces panneaux sur d'autres panneaux. Les charnières sont des pièces rapportées, fixées sur ces panneaux par collage, soudage, rivetage ou autres techniques de fixation. L'opération de fixation de ces charnières sur lesdits panneaux composites à structure sandwich, est réalisée en opération de reprise, après le formage de ces derniers. Cette opération de reprise nécessite un poste de travail automatisé ou non supplémentaire, ce qui augmente notamment le temps de fabrication et ainsi le coût de fabrication des pièces finies. En outre, le fait de rapporter sur un panneau composite du type sandwich des pièces externes est une source de défaut de qualité, et représente là encore un coût supplémentaire de réalisation. Pour pallier les inconvénients de l'état de la technique précité, I'invention propose un nouveau procédé pour réaliser un panneau composite à structure sandwich pourvu d'une charnière, qui est simple à mettre en oeuvre, ne nécessite pas une opération supplémentaire de reprise et permet donc de fabriquer de telles pièces à un coût relativement modéré. Plus particulièrement, selon l'invention, il est prévu un procédé pour réaliser un panneau composite à structure sandwich pourvu d'une charnière, panneau comprenant un empilement d'au moins une première peau en matériau thermoplastique renforcé, une âme alvéolaire en matériau thermoplastique et une deuxième peau en matériau thermoplastique, procédé selon lequel on forme ledit panneau par pressage dudit empilement à une pression comprise entre 10.105 et 30.105 Pa, les première et deuxième peaux étant préalablement chauffées à une température de ramollissement. Ce procédé est caractérisé en ce qu'après avoir formé ledit panneau, on réalise à un endroit déterminé dudit panneau une incision de manière à couper une des première et deuxième peaux et l'âme alvéolaire sensiblement sur toute son épaisseur en laissant l'autre peau intacte de sorte qu'elle forme à cet endroit, la charnière d'articulation entre deux parties du panneau incisé. On entend ici par l'expression " sensiblement sur toute son épaisseur ", le fait que l'âme alvéolaire est coupée sur une distance comprise entre 80 et 100 % de son épaisseur totale. Le procédé selon l'invention va à l'encontre des préjuges de l'homme du métier selon lequel il ne doit pas porter atteinte à l'intégrité du matériau sandwich pour qu'il garde toutes ses capacités mécaniques, et selon lequel une peau en matériau thermoplastique renforcé avec des fibres de verre ou de carbone ou encore naturelle est trop fragile pour constituer une charnière structurelle, ceci étant dû à l'utilisation des fibres. En effet, il est connu d'utiliser un matériau thermoplastique pour réaliser une charnière peu ou pas structurelle mais selon l'idée de l'homme du métier, l'addition dans un matériau thermoplastique de fibres de verre le rend trop fragile pour l'utiliser à cette fonction. L'invention propose également un procédé de ce type pour réaliser un panneau composite à structure sandwich pourvu d'une charnière, caractérisé en ce que simultanément au formage dudit panneau, on écrase au moins une partie du bord de ce dernier de manière à compacter l'âme alvéolaire, et on découpe la partie du bord écrasé selon une forme voulue pour réaliser une pièce formant charnière apte à être fixée sur un autre panneau. Selon un mode de réalisation avantageux du procédé précité, la découpe de la partie du bord écrasé est réalisée en fin de formage dudit panneau. En variante, on peut prévoir que la découpe de la partie du bord écrasé soit réalisée juste après le formage dudit panneau. Ici, pour réaliser cette charnière selon le procédé conforme à l'invention, le principe qui régit la réalisation d'un matériau sandwich comme le respect de l'écartement entre les deux peaux, n'est pas respecté mais l'écrasement du bord du panneau permet d'augmenter considérablement sa résistance à la traction puisque on augmente ainsi statistiquement la surface cisaillée de celui-ci, en supprimant les espaces vides de l'âme alvéolaire. Selon d'autres caractéristiques non limitatives et avantageuses du procédé selon l'invention, préalablement au formage dudit panneau, on chauffe un pré- assemblage constitué par l'empilement d'au moins la première peau, de l'âme alvéolaire et de la seconde peau à des températures telles que les première et deuxième peaux présentent lors du formage dudit panneau, une température de formage comprise entre 160 et 200 C. Les première et seconde peaux sont constituées d'un tissu de fibres de verre et d'un matériau thermoplastique. Le matériau thermoplastique peut être une polyoléfine et de préférence du polypropylène. L'âme alvéolaire présente avantageusement une structure d'alvéoles ouvertes du type structure tubulaire ou nid d'abeilles constituée principalement de polyoléfine et de préférence de polypropylène. Bien entendu, on peut également selon l'invention utiliser une âme alvéolaire à structure d'alvéoles fermées du type mousse. L'invention propose également un panneau de structure composite de type sandwich, comportant un empilement d'au moins une première peau, d'une âme alvéolaire en matériau thermoplastique et d'une deuxième peau, ledit panneau étant pourvu d'une chamrnière, réalisé selon le procédé précité. La description qui va suivre en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés: la figure 1 est un premier mode de réalisation d'un panneau composite à structure sandwich comportant une charnière, réalisé selon le procédé selon l'invention, - la figure 2 représente une étape de mise en oeuvre d'un mode de réalisation du procédé selon l'invention, - la figure 3 représente une vue de côté d'une double lame crantée utilisée dans le procédé selon l'invention, - la figure 4 représente un montage d'essai d'un panneau composite à structure sandwich pourvu d'une charnière d'articulation, réalisé selon le procédé conforme à i 5 I'invention, - les figures 5a et 5b représentent un matériau sandwich écrasé et un matériau sandwich non écrasé dans lesquels une vis de fixation est insérée, et - la figure 6 représente une vue schématique de face d'un deuxième mode de réalisation d'un panneau composite à structure sandwich réalisé selon le procédé conforme à l'invention. Sur la figure 1, on a représenté un panneau 100 de structure composite du type sandwich comprenant un empilement d'une première peau 101 réalisée en matériau thermoplastique renforce, d'une âme alvéolaire 102 et d'une deuxième peau 103 réalisée en matériau thermoplastique renforcé. Le renforcement des première et deuxième peaux 101, 103 est réalisé par des fibres, par exemple des fibres de verre, de carbone ou encore des fibres naturelles. Ces première et deuxième peaux 102, 103 peuvent être avantageusement constituées par un tissu de fibres de verre et d'un matériau thermoplastique. Le matériau thermoplastique est une polyoléfine et de préférence du polypropylène. L'âme alvéolaire 102 présente ici une structure à alvéoles ouverte du type structure tubulaire ou nid d'abeilles constituée principalement de polyoléfine et de préférence de polypropylène. Bien entendu, on peut prévoir d'utiliser une âme alvéolaire à structure d'alvéoles fermées du type mousse. Ce panneau 100 peut être revêtu sur un ou deux côté(s) d'une couche de revêtement externe (ici non représentée) en matériau tissé ou non tissé (du type moquette). Selon le procédé de réalisation d'un tel panneau, le panneau 100 est formé par pressage dans un moule de formage à froid, de l'empilement de la première peau 101, de l'âme alvéolaire 102 et de la seconde peau 103 à une pression comprise entre 10.105 et 30.105 Pa. Les première et deuxième peaux 101, 103 sont préalablement chauffées de façon à les rendre malléables. De manière avantageuse, pour ramollir les première et seconde peaux, on chauffe un pré-assemblage constitué par l'empilement d'au moins la première peau 101, I'âme alvéolaire 102, et la deuxième peau 103 de sorte que les première et deuxième peaux présentent lors du formage dudit panneau une température de formage comprise entre 160 et 200 C environ et ici de l'ordre de 180 C. Comme le montre la figure 1, le panneau 100 comporte à un endroit déterminé ici dans une région sensiblement centrale, une incision 104. Cette incision 104 est réalisée après le formage du panneau 100, plus particulièrement 10 à 30 secondes après son formage, de manière à couper la première peau 101 et l'âme alvéolaire 102 sensiblement sur toute son épaisseur en laissant intacte la deuxième peau 103 de sorte qu'elle forme à l'endroit déterminé, une charnière 106 entre deux parties 107, 108, du panneau incisé. Pour réaliser une incision, on utilise avantageusement une lame crantée (voir figure 2) dont la taille des crans et la hauteur de lame sont fonction de l'épaisseur du matériau sandwich à couper. La lame crantée 200 est mobile de façon à se déplacer, par rapport au plan dudit panneau 100 formé tout d'abord verticalement pour couper les fibres de la première peau 101 supérieure sans écraser le matériau sandwich à cet endroit, puis elle se déplacera verticalement et horizontalement selon un mouvement de va et vient par rapport au plan dudit panneau pour couper l'âme alvéolaire sur toute son épaisseur. L'intervalle de temps de 10 à 30 secondes entre l'opération de formage et l'opération d'incision du panneau permet au panneau thermoformé de se refroidir suffisamment pour que la lame crantée 200 puisse couper correctement les fibres de ladite peau sans écraser le matériau sandwich. On peut prévoir que l'incision du panneau 100 réalisée à l'aide de la lame s'effectue dans le moule de formage ou hors du moule de formage. Lorsque l'opération s'effectue dans le moule de formage, la lame crantée 200 est montée sur une partie mobile d'une partie du moule qui se déplacera après le formage du panneau par rapport au moule pour effectuer l'opération d'incision du panneau. Selon une variante du procédé de réalisation dudit panneau, on peut utiliser deux lames crantées 201 202 (voir figure 3) qui vibreront selon la flèche E l'une par rapport à l'autre tout en se déplaçant verticalement par rapport au plan dudit panneau pour réaliser l'incision 104 telle que représentée sur la figure 1. L'utilisation de deux lames crantées est particulièrement avantageuse pour couper une peau épaisse ou difficile à couper du fait de l'utilisation de fibres et de son type de tissage. Des essais sur un tel panneau à charnière d'articulation in situ, ont été réalisés à l'aide d'éprouvettes dont une est représentée sur la figure 4. Les essais ont été réalisés d'une part avec des panneaux comportant des peaux constituées par un tissu de fibres de verre noyées dans du polypropylène présentant un grammage de 915 g/m2 et une âme alvéolaire du type nid d'abeilles réalisée en polypropylène, et d'autre part avec des panneaux dont les première et deuxième peaux présentent un grammage de 1000 g/m2. La lame crantée utilisée pour réaliser l'incision dans ces panneaux, présente une épaisseur de 0,5 mm. Juste après la compression, le moule de formage a été ouvert rapidement pour introduire et fixer ladite lame sur un poinçon puis le moule a été refermé. Les temps d'ouverture et de fermeture ont permis aux panneaux formés de se refroidir suffisamment. Les éprouvettes (dont une est représentée sur la figure 4), ont été testées en fatigue en réalisant des cycles d'ouverture et de fermeture selon la flèche 1, l'amplitude d'ouverture variant de 3 degrés minimum à 45 degrés maximum. Selon les résultats d'essai obtenus, certaines éprouvettes se sont déchirées au niveau de la peau formant chamrnière après 3 000 cycles du fait qu'une amorce de rupture avait été provoquée lors du montage des éprouvettes sur le banc d'essais. Toutefois, la moquette qui recouvrait les peaux desdites éprouvettes retenait encore les deux parties de panneaux entre eux. Les éprouvettes qui n'ont pas été abîmées lors de leur montage sur le banc d'essais ont tenues 30 000 cycles sans rupture. Cela correspond environ à huit ouvertures par jour pendant dix ans. Sur la figure 6, on a représenté un autre panneau 100 composite du type sandwich qui comprend un empilement d'au moins une première peau réalisée en matériau thermoplastique renforcé, une âme alvéolaire réalisée en matériau thermoplastique et une deuxième peau réalisée en matériau thermoplastique renforcé du même type que celles décrites précédemment. Le formage dudit panneau 100 est réalisé par pressage à une pression comprise entre 10.105 et 30.105 Pa, lesdites première et seconde peaux étant préalablement chauffées à une température de ramollissement de sorte qu'au formage du panneau elles présentent une température de l'ordre de 160 à 200 C. Ce panneau 100 comporte une charnière 106 découpée dans un de ces bords 109. Selon le procédé utilisé, après formage du panneau, on écrase au moins une partie du bord 109 dudit panneau de manière à compacter à cet endroit l'âme alvéolaire 103. Cet écrasement est réalisé par un bossage prévu à l'endroit adéquat d'une partie du moule. L'écrasement dudit bord entraîne le compactage de la structure sandwich comme représentée en coupe schématique sur la figure 5a. Cette structure sandwich écrasée est à comparer avec la structure sandwich non écrasée représentée sur la figure 5b. On remarquera sur les figures 5a et 5b qui montrent une vis 400 introduite dans les deux structures composites sandwich que dans la structure composite écrasée la surface de cisaillement de la vis est plus importante que la surface de cisaillement de la vis insérée dans la structure non écrasée puisque dans ce dernier cas, la vis transverse l'âme alvéolaire non écrasée au niveau d'une alvéole de l'âme et donc la surface de cisaillement correspond juste à la surface des première et deuxième peaux. Ainsi, avantageusement selon le procédé conforme à l'invention, le fait d'écraser une partie du bord 106 du panneau 100 permet d'augmenter sa résistance en traction. Pour réaliser la charnière 106 représentée sur la figure 6, on découpe à la forme voulue ce bord écrasé 109. La découpe du bord écrasé 109 est réalisée de façon préférentielle à la fin de l'opération de formage dudit panneau, mais peut aussi être réalisée juste après l'opération de formage, ce qui nécessite alors un aménagement spécial du moule de formage pour que le bord du panneau ne soit pas coupé à la fin du formage de ce dernier. Le panneau 100 comporte alors une charnière 106 formée d'une seule pièce avec celui-ci, qui est apte à être fixée sur une autre pièce ou un autre panneau pour permettre l'articulation d'un panneau par rapport à l'autre. Le procédé précité et décrit dans ces deux variantes, présente les avantages suivants: - il permet de réaliser une charnière in situ dans un panneau composite de structure sandwich sans opération de reprise, sans utiliser de pièce supplémentaire, ou de matière additionnelle du type colle pour fixer la pièce supplémentaire, ce qui permet de diminuer considérablement le coût de fabrication de la pièce finie. - ce procédé permet de s'affranchir de toute machine supplémentaire du type machine de collage ou de soudure, - il permet de réaliser le panneau avec sa charnière intégrée en un temps plus court que celui nécessaire à la réalisation du panneau comportant une chamrnière rapportée. La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit. REVENDICATIONS 1.Procédé pour réaliser un panneau (100) composite à structure sandwich pourvu d'une charnière (106), ledit panneau comprenant un empilement d'au moins une première peau (101) en matériau thermoplastique renforce, une âme alvéolaire (102) en matériau thermoplastique, et une deuxième peau (103) en matériau thermoplastique, procédé selon lequel on forme ledit panneau (100) par pressage dudit empilement à une pression comprise entre 10.10.5 et 30.105 Pa, les première et deuxième peaux (101, 103) étant préalablement chauffées à une température de ramollissement, caractérisé en ce qu'après avoir formé ledit panneau, on réalise à un endroit déterminé de ce dernier, une incision de manière à couper une (101) des première et deuxième peaux (101, 103) et l'âme alvéolaire sensiblement sur toute son épaisseur en laissant l'autre peau (103) intacte de sorte qu'elle forme à cet endroit la charnière (106) entre deux parties (107, 108) dudit panneau incisé (100). 2. Procéde selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'incision (104) dans ledit panneau (100) est réalisée 10 à 30 secondes environ après le formage de ce dernier. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'incision (104) est réalisée à l'aide d'une lame crantée (200) qui, par rapport au plan dudit panneau (100), se déplace tout d'abord uniquement verticalement pour s'enfoncer dans la peau (101) de ce dernier, puis se déplace verticalement et horizontalement selon un mouvement de va et vient pour couper l'âme alvéolaire (102). 4. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'incision (104) est réalisée à l'aide de deux lames crantées juxtaposées (201, 202) qui vibrent l'une par rapport à l'autre tout en descendant verticalement par rapport au plan dudit panneau (100) pour s'enfoncer dans ce dernier en coupant une peau (101) et l'âme alvéolaire (102) de celui-ci. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'incision (104) est réalisée dans le panneau formé encore dans le moule de formage. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'incision (104) est réalisée dans le panneau formé hors du moule de formage. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que préalablement au formage dudit panneau (100) on chauffe un préassemblage constitué par l'empilement d'au moins la première peau (101), de l'âme alvéolaire (102) et de la deuxième peau (103). 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lors du formage dudit panneau (100) les première et deuxième peaux (101, 103) présentent une température de formage comprise entre 160 et 200 C environ. 9. Procédé selon l'une des quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les première et deuxième peaux (101, 103) sont constituées d'un tissu de fibres de verre et d'un matériau thermoplastique. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le matériau thermoplastique est une polyoléfine de préférence du polypropylène. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'âme alvéolaire (102) du panneau (100) présente une structure d'alvéoles ouvertes du type structure tubulaire ou nid d'abeilles, constituée principalement de polyolefine et de préférence de polypropylene. 12. Panneau (100) de structure composite de type sandwich comportant un empilement d'au moins une première peau (101), en matériau thermoplastique renforcé, d'une âme alvéolaire (102) en matériau thermoplastique et d'une deuxième peau (103) en matériau thermoplastique renforcé, le panneau étant pourvu d'au moins une charnière, réalisé suivant le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11.