Brevet FR2804364A1 — publié le 20010803

La présente invention concerne la fabrication de pièces en matière plastique par le procédé appelé insert molding, consistant à mettre en forme une structure multicouche de faible épaisseur, à la découper éventuellement pour lui donner le contour de la pièce à réaliser et à la placer dans un moule, puis à surmouler sur cette structure multicouche, localement ou sur l'ensemble de sa surface, une masse en matière thermoplastique de manière à produire une pièce en matière plastique décorée. Dans le domaine automobile, la structure multicouche doit comporter sur sa face extérieure une couche d'un matériau particulièrement résistant, destiné notamment à assurer la protection vis-à-vis du milieu extérieur. Il a ainsi été proposé d'utiliser pour former la couche la plus extérieure un alliage de PVDF et de PMMA, cet alliage présentant de bonnes caractéristiques de protection notamment vis-à-vis des rayures, de par la présence de PVDF. La structure multicouche comporte par ailleurs une couche de support destinée à lui conférer une certaine tenue mécanique et à lui permettre de conserver sensiblement sa forme après l'opération de thermoformage jusqu'à sa mise en place dans le moule. Cette couche de support peut également apporter de la couleur. Elle est relativement épaisse et dans les structures multicouches connues présente une épaisseur de 400 à 800 [tm. La structure multicouche peut comporter entre la couche de support et la couche de protection une couche décorative colorée dans la masse. On connaît ainsi des structures multicouche dans lesquelles la couche de protection est constituée par un alliage de PVDF (polyfluorure de vinylidène) et PMMA (polymétacrylate de méthyle) transparent, la couche de support est constituée par de lABS ou du PP (polypropylène) et la couche de décoration est constituée par une couche d'un alliage de PVDF et de PMMA colorée dans la masse. La couche de protection est éventuellement imprimée au moyen d'encres conventionnelles, non réactivables à chaud. Pour assurer la cohésion de la couche de support et de la couche de décoration, on utilise dans les structures multicouches connues une couche de liant PU (polyuréthane) de faible épaisseur, car l'accrochage direct de la couche de décoration sur la couche de support serait difficile à obtenir sinon, compte tenu de la présence de PVDF -2- peu compatible avec le polymère utilisé pour réaliser la couche de support. La présente invention a pour objet de simplifier la fabrication de pièces par procédé insert molding. L'invention y parvient grâce à un nouveau procédé de fabrication, caractérisé par le fait qu'il comporte les étapes suivantes: - réaliser une structure multicouche comportant au moins une couche de protection dont la face extérieure satisfait aux contraintes d'utilisation dans le domaine automobile et une couche de support destinée à assurer la tenue mécanique de la structure multicouche après sa mise en forme, en assemblant la couche de protection et la couche de support directement ou avec interposition d'une ou plusieurs couches de décoration intermédiaires, cet assemblage étant effectué par un procédé dans lequel l'une au moins des couches à assembler est chauffée de manière à permettre un assemblage par fusion locale de matière, sans utilisation de liant, mettre en forme, de préférence par thermoformage, la structure multicouche de manière à lui conférer une forme non plane, - la découper éventuellement, - la placer dans un moule, - surmouler de la matière thermoplastique sur une face de la structure multicouche, localement ou sur la totalité de sa surface, et - extraire l'ensemble du moule. Avantageusement, la structure multicouche comporte au moins trois couches, à savoir une couche de protection, au moins une couche de décoration et une couche de support. La couche de protection se présente avantageusement sous la forme d'un film bicouche, par exemple obtenu par co-extrusion de deux matières plastiques. La couche extérieure du film bicouche est avantageusement réalisée dans un matériau tel qu'un polymère fluoré, par exemple du PVDF, afin d'assurer une protection efficace, vis-à-vis des rayures notamment. On utilisera avantageusement pour la couche inférieure du film bicouche un matériau plus facile à décorer ou à assembler, compatible avec celui employé pour constituer la couche sous-jacente de la structure multicouche, afin de permettre un assemblage sans utiliser de liant, par un procédé tel que le plaxage, le laminage à chaud, -3- le doublage, le couchage ou le calandrage. On peut utiliser pour réaliser la couche de protection des matières plastiques transparentes telles que PMMA, PC, PVDF et autres polymères fluorés, PA (polyamides), ABS, PS (polystyrène), PP métallocènes, PET, polymères de la famille des acryliques, des alliages comprenant un ou plusieurs polymères choisi dans la liste ci-dessus, des co- polymères comprenant un ou plusieurs polymères choisis dans la liste ci-dessus, ou des assemblages de polymères choisis dans la liste ci-dessus, par exemple une couche de PVDF et une couche de PC ou une couche de PVDF et une couche de PMMA. Il est particulièrement avantageux d'utiliser du PA. Lorsque la couche de protection comporte du PMMA, son épaisseur est de préférence inférieure à 150 jlm pour ne pas lui conférer un caractère cassant. La couche de support peut avoir par exemple soit une structure monocouche, soit une structure bicouche, et l'on peut utiliser pour réaliser la couche de support des matières plastiques telles que de 1'ABS (acrylonitrile butadiène styrène), des polyoléfines (PP, PE...), du PET (polytéréphtalate), du PC (polycarbonate). Dans le cas o la couche de support présente une structure bicouche, la couche supérieure est avantageusement teintée, présente une épaisseur de quelques jtm, ce qui permet d'utiliser une couche inférieure non teintée, moins coûteuse La couche de décoration est constituée par exemple par au moins une couche d'encre réactivable à chaud déposée sur la face intérieure de la couche de protection ou sur la couche de support, l'encre pouvant être déposée par un procédé d'impression connu tel que par exemple l'héliogravure, la flexographie, la sérigraphie ou l'offset, cette liste n'étant pas limitative. La couche de support ou de protection peut recevoir des encres différentes en vue d'imprimer un motif par exemple. L'absence de liant autre que la ou les encres réactivables à chaud déposées sur la couche de support ou de protection, permet de diminuer le coût de réalisation de la structure multicouche tout en élargissant les possibilités de décoration puisque l'on peut éviter les problèmes d'accrochage éventuels de l'encre en utilisant par exemple pour constituer la couche de protection un film bicouche dont la couche extérieure est constituée par un polymère fluoré et la couche intérieure par un polymère compatible avec l'encre. -4'- Les encres réactivables à chaud précitées comprennent un composant fusible à chaud. L'invention a encore pour objet une structure multicouche utilisée pour mettre en oeuvre le procédé défini plus haut. L'invention a encore pour objet une pièce en matière plastique réalisée au moyen du procédé précité, notamment une pièce de carrosserie automobile. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel: - les figures 1 à 5 illustrent le procédé insert molding, - les figures 6 à 9 représentent de manière schématique, en section, différentes configurations de structure multicouche selon l'invention, et - les figures 10 à 11 illustrent de manière schématique les procédés de plaxage et de calandrage-couchage, respectivement. Le procédé insert molding consiste dans l'exemple illustré à fournir une structure multicouche dont la nature sera précisée dans la suite, se présentant initialement sous la forme d'un film 2, à placer ce film 2 sur un poinçon de thermoformage 1 dont le relief est choisi en fonction de la pièce à réaliser et à chauffer le film 2 à l'aide d'un moyen de chauffage 3 pour le mettre en forme, comme illustré sur la figure 1. Une fois thermoformé, le film 2 appelé préforme peut être découpé comme illustré sur la figure 2 pour éliminer des parties 4 et 5 non utiles et faire correspondre le contour de la préforme 2 avec celui de la pièce à réaliser. Le film 2 est ensuite transporté dans un moule comportant deux parties 7 et 8. Le film 2 est placé dans le fond de l'empreinte 6 de la première partie 7 du moule, comme illustré sur la figure 3. La deuxième partie 8 est apte à constituer, lorsque plaquée sur la première, une cavité de moule, comme représenté sur la figure 4. De la matière thermoplastique fondue est injectée dans la cavité de moule ainsi formée, au contact de la face du film 2 opposée à l'empreinte 6. La pièce extraite du moule, représentée sur la figure 5, présente une forme non plane, dont une face est définie par le film 2. La matière thermoplastique 9, une fois refroidie, assure la tenue mécanique de -5- cette pièce tandis que le film 2 constitue une protection et une décoration et évite d'avoir à peindre la pièce. On peut réaliser par ce procédé tous types de pièces automobiles, par exemple une calandre, un bandeau de pare-chocs, une aile, etc. On va maintenant décrire en référence aux figures 6 à 10 différents exemples non limitatifs de structure pour le film 2. D'une manière générale, le film 2 comporte au moins une couche de protection et une couche de support. La couche de protection est destinée à conférer à la pièce, après surmoulage de matière thermoplastique, sa résistance, notamment vis-à-vis des rayures, et éventuellement du rayonnement UV, en vue de la rendre compatible avec une utilisation dans le domaine automobile. L'épaisseur de la couche de protection est par exemple de quelques dizaines de lam. La couche de support est destinée à permettre à la préforme de conserver sa forme après l'opération de thermoformage et son transport au moule dans lequel est surmoulée la matière thermoplastique, et de résister également aux courants de matière plastique dans le moule lors du surmoulage. L'épaisseur de la couche de support est par exemple de quelques centaines de ltm. Dans le cas de la figure 6, le film 2 comporte une couche de protection transparente 2a et une couche de support 2b teintée dans la masse. Dans l'exemple de la figure 7, le film 2 comporte une couche de protection 2a, une couche de support 2b dont la couleur peut être quelconque et une couche de décoration 2c prise en sandwich entre les couches de protection 2a et de support 2b. Eventuellement la couche de support 2b est colorée et la couche de décoration 2c partiellement transparente. La couche de décoration 2c est constituée par exemple par des lignes imprimées sur la couche de protection 2a ou la couche de support 2b afin de conférer à la pièce l'aspect de l'aluminium brossé. La couleur de fond est apportée dans l'exemple considéré par la couche de support 2b, teintée en gris par exemple. -6- La couche de décoration 2c peut correspondre à une ou plusieurs impressions d'encres réactivables à chaud. Dans le cas o plusieurs encres sont utilisées, les différentes encres peuvent ne pas être superposées mais simplement juxtaposées, constituant ainsi une couche unique. Dans l'exemple de la figure 8, le film 2 comporte une couche de protection 2a, une couche de support 2b et une couche de décoration 2c. La couche de support 2b présente une structure bicouche formée de deux couches 2b1 et 2b2. La couche supérieure 2b, peut servir à apporter la couleur de fond tandis que la couche inférieure 2b2 peut être de couleur quelconque. D'une manière générale, la couche de support qu'elle soit monocouche ou bicouche, peut être à base d'ABS, PP, PE, PET ou PC par exemple. La couche de décoration 2c peut être formée par une ou plusieurs impressions sur la couche de support et/ou la couche de protection, au moyen d'encres réactivables à chaud. Les couches d'encres peuvent se superposer ou ne former qu'une couche unique. Dans un souci de simplification du dessin, on a représenté la couche de décoration 2c sous la forme d'une couche unique. Dans l'exemple de la figure 9, le film 2 comporte une couche de protection 2a, une couche de support 2b et une couche de décoration 2c, la couche de support 2b étant colorée dans la masse de manière à constituer un fond coloré et la couche de décoration étant constituée par une ou plusieurs couches d'encre déposées par impression sur la couche de protection 2a ou sur la couche de support 2b. La couche de protection 2a présente ici une structure bicouche 2a1, 2a2. La couche supérieure 2a1 est destinée à conférer de la résistance vis-àvis du milieu extérieur tandis que la couche inférieure 2a2 facilite l'accrochage de la ou des encres réactivables à chaud de la couche de décoration 2c. La couche de protection 2a peut être réalisée par co-extrusion de deux matières plastiques, la couche supérieure 2al de ce film bicouche étant avantageusement constituée, comme c'est le cas dans l'exemple décrit, par un polymère fluoré, de -7- préférence du PVDF, et la couche inférieure 2a2 étant constituée par exemple par du PMMA ou du PC. L'épaisseur de la couche supérieure 2a, est par exemple de quelques plm et celle de la couche inférieure 2a2 de quelques dizaines de tm. D'une manière générale, dans le cas o la couche de protection ou la couche de support sont réalisées au moins en ce qui concerne leur face à décorer dans un matériau qui en raison de sa nature chimique rend difficile l'accrochage de l'encre, la couche de protection ou la couche de support reçoivent avant l'opération d'impression un traitement de surface destiné à améliorer l'accrochage de l'encre, par exemple un traitement chimique tel qu'un traitement d'oxydation chromique ou d'oxydation par des organométalliques, un traitement à la flamme, un traitement électromagnétique, un traitement par irradiation UV, bombardement d'électrons ou d'ions, un traitement corona ou plasma, cette liste n'étant pas limitative. En particulier, ces traitements de surface sont particulièrement recommandés lorsque la couche de protection ou la couche de support comportent des polymères de la famille des polyoléfines. Pour assembler la couche de protection et la couche de support, on peut procéder par exemple par plaxage, lequel est ici synonyme de laminage à chaud. Le procédé de plaxage est illustré sur la figure 10 et l'on suppose pour les besoins de l'explication que l'on est dans le cas de la structure illustrée sur la figure 7, c'est-à-dire d'une couche de protection monocouche ayant une face décorée, que l'on souhaite assembler avec la couche de support également monocouche. La couche de protection décorée 2a, 2c est déroulée à partir d'une bobine de stockage 15 et amenée par sa face décorée, laquelle comporte des encres réactivables à chaud, au contact d'une couche de support 2b sortant d'une extrudeuse 16, contact qui se fait entre des cylindres 11 et 12 entraînés en rotation. La ou les encres de la couche de protection décorée 2a, 2c sont chauffées au moyen d'un rayonnement infrarouge par une rampe 14, et la couche de support 2b est encore chaude, de sorte que lorsqu'elles viennent en contact, la couche de protection décorée 2a, 2c et la couche de support 2b s'assemblent par fusion locale de matière. Le procédé qui vient d'être décrit s'applique également lorsque l'on remplace la couche de protection décorée, enroulée sur la bobine de stockage 15, par la couche de -8- support, éventuellement décorée, et que l'on extrude la couche de protection au moyen de l'extrudeuse 16. Ce procédé s'applique encore lorsque la couche de protection a une structure multicouche, comme illustré par exemple sur la figure 9. On a illustré sur la figure 11 le procédé de calandrage-couchage, dans lequel la couche de protection décorée 2a, 2c est amenée par sa face décorée au contact d'une couche de support 2b calandrée, issue du passage entre des rouleaux 21 et 22, le contact et l'assemblage de la couche de protection décorée 2a, 2c et de la couche de support s'effectuant entre des rouleaux 22 et 23. Précédemment à sa venue au contact de la couche de support 2b, la couche de protection décorée 2a, 2c est réchauffée au moyen d'un tambour de chauffage 24. Ce tambour de chauffage 24 vise à réactiver par chauffage la couche de protection décorée 2a, 2c avant son assemblage avec la couche de support 2b. La couche de protection 2a peut présenter une structure multicouche. En variante, c'est la couche de support qui est décorée à la place de la couche de protection et c'est cette dernière qui est calandrée entre les rouleaux 21 et 22 et couchée sur la couche de support décorée. La couche de support peut présenter dans ce cas une structure multicouche comme illustré par exemple sur la figure 8. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits. On peut notamment utiliser d'autres procédés d'assemblage sans colle ni liant pour assembler les couches de protection et de support, l'une de ces couches ou les deux pouvant être préalablement décorée(s) au moyen d'encre réactivables à chaud. La structure multicouche peut encore comporter plusieurs couches intermédiaires de décoration afin de produire un effet de profondeur. -9- REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une pièce en matière plastique, caractérisé par le fait qu'il comporte les étapes suivantes: - réaliser une structure multicouche (2) comportant au moins une couche de protection (2a) dont la face extérieure satisfait aux contraintes d'utilisation dans le domaine automobile et une couche de support (2b) destinée à assurer la tenue mécanique de la structure multicouche (2) après sa mise en forme, en assemblant la couche de protection et la couche de support directement ou avec interposition d'une ou plusieurs couches de décoration intermédiaires (2c), cet assemblage étant effectué par un procédé dans lequel l'une au moins des couches à assembler est chauffée de manière permettre un assemblage par fusion locale de matière, sans utilisation de liant, mettre en forme, de préférence par thermoformage, la structure multicouche de manière à lui conférer une forme non plane, - la découper éventuellement, - la placer dans un moule, - surmouler de la matière thermoplastique (9) sur une face de la structure multicouche, localement ou sur la totalité de sa surface, et - extraire l'ensemble du moule. 2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que la structure multicouche comporte au moins trois couches, à savoir une couche de protection (2a), au moins une couche de décoration (2c) et une couche de support (2b) . 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la couche de protection (2a) se présente sous la forme d'un film bicouche, de préférence obtenu par co-extrusion de deux matières plastiques. 4. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que la couche extérieure (2al) du film bicouche (2a) est réalisée dans un matériau tel qu'un polymère fluoré, de préférence du PVDF. 5. Procédé selon l'une des deux revendications précédentes, caractérisé par le fait que la couche inférieure (2a2) du film bicouche (2a) est réalisée dans un matériau compatible avec celui employé pour constituer la couche sous-jacente de la structure multicouche. - 10- 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la couche de support (2b) présente une structure monocouche ou bicouche. 7. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que l'on utilise pour réaliser la couche de support (2b) une ou plusieurs matières plastiques choisies dans la liste suivante: ABS, polyoléfines, notamment PP ou PE, PET, PC. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on utilise pour réaliser la couche de protection une ou plusieurs matières plastiques choisies dans la liste suivante: PMMA, PC, PVDF et autres polymères fluorés, PA, ABS, PS, PP métallocènes, PET, polymères de la famille des acryliques, un alliage comprenant une ou plusieurs des matières précitées ou un co- polymère comprenant une ou plusieurs des matières précitées. 9. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que l'on utilise de préférence du PA pour réaliser la couche de protection. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la couche de protection (2a) est décorée. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la couche de support (2b) est décorée. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la structure multicouche comporte une couche de décoration (2c) constituée par une ou plusieurs encres réactivables à chaud déposées sur la couche de protection (2a) ou la couche de support (2b), ces encres étant déposées par un procédé d'impression. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on imprime la couche de support (2b) ou la couche de protection (2a) par passes successives avec différentes encres en vue de constituer un motif. 14. Procédé selon l'une des deux revendications précédentes, caractérisé par le fait que la couche de protection ou la couche de support reçoivent avant l'impression un traitement de surface destiné à facilité l'accrochage de l'encre. 15. Structure multicouche (2) utilisée pour mettre en oeuvre le procédé tel que défini dans l'une quelconque des revendications précédentes. - 11- 16. Pièce en matière plastique réalisée au moyen du procédé tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 14.