Brevet FR2824773A1 — publié le 20021122

démoulage. Procédé de fabrication par moulage d'une pièce composite en matière plastique et en caoutchouc. La présente invention concerne un procédé de moulage d'une pièce composite associant une matière plastique et du caoutchouc réticulé, au moyen d'un moule à obturateur, ainsi que les pièces composites en matière plastique et en caoutchouc fabriquces selon ce procédé. Dans la présente demande, on entendra par "pièce composite", une pièce constituce par deux ou plusieurs matières distinctes. Le moulage de pièces composites de ce type comportant une majeure partie réalisce en matière thermoplastique ou thermodurcissable, permet d'obtenir une pièce qui intogre en outre les fonctions d'étanchéité et d'amortissement des vibrations grâce à l'utilisation d'une portion surmoulée en caoutchouc. On peut ainsi réaliser par exemple une pièce moulée destince à couvrir la culasse ou la pompe à eau d'un moteur thermique de véhicule automobile, etc. La technique du surmoulage intogré du caoutchouc permet une simplification de la fabrication grâce à l'utilisation d'un moule unique et à une succession rapide dans le temps des opérations de moulage respectives. Contrairement à ce qui est le cas pour une pièce fabriquce avec un joint en caoutchouc rapporté, la fabrication ne nocessite plus qu'un seul outillage. De plus, elle élimine d'éventuels défauts de qualité liés à la mise en place manuelle d'un joint rapporté en caoutchouc. Cette technique de surmoulage intogré permet en outre un gain de matière, étant donné que la partie en caoutchouc n'a pas besoin d'être noyée dans la partie en matière plastique mais peut être simplement solidarisce à la surface de celle-ci. On connaît, par exemple par la demande de brevet EP-A-0 722 990, un procédé de surmoulage utilisant un moule rotatif présentant deux empreintes. Du côté du poinçon, les empreintes sont identiques et montées sur un plateau tournant. Du côté de la matrice, les empreintes fixes sont différentes l'une de l'autre, la première permettant de mouler une matière thermoplastique et la seconde, logèrement plus grande, laissant la place pour un caoutchouc silicone. L'utilisation d'un tel moule rotatif présente cependant des inconvénients. Le mécanisme en est complexe et l'encombrement des éléments du moule est relativement important. De plus, la mâîtrise de la température de refroidissement de la matière thermaplastique ainsi que de la température de moulage du caoutchouc sont difficiles à réaliser en raison de la nécessaire rotation du poinçon. La présente invention a pour objet de résoudre ces difficultés et de permettre un surmoulage d'une pièce composite en matière plastique par du caoutchouc, dans lequel les différentes températures_ sont parfaitement maîtrisces de façon à obtenir une excellente adhérence des deux matières. Le procédé de moul age sel on l 'invention permet la fabri cati on d'une pièce composite en matière plastique associce à du caoutchouc. Selon l'invention, on utilise un moule définissant: une première cavité destince à recevoir la matière plastique injectée, la première cavité étant maintenue à une première température adaptée au refroidissement de la matière plastique; et une deuxième cavité destince à recevoir le caoutchouc, la deuxième cavité étant maintenue à une deuxième température différente de la première température et adaptée à la réticulation du caoutchouc; les deux cavités étant en communication l'une avec l'autre. On obture de préférence la deuxième cavité pendant l'injection de la matière plastique dans la première cavité puis on injecte le caoutchouc dans la deuxième cavité pendant le refroidissement de la matière plastique injectée dans la première cavité. On poursuit de préférence le refroidissement de la matière plastique dans la première cavité et la réticulation du caoutchouc dans la deuxième cavité avant de procéder à l'ouverture du moule et à l'éjection de la pièce moulée. Si nacessaire, on effectue ensuite un traitement thermique supplémentaire de la pièce extraite du moule, pour achever la réticulation du caoutchouc. On peut utiliser de préférence un caoutchouc vulcanisable ou, en variante un caoutchouc silicone réticulable. Le couple matière plastique-caoutchouc est choisi en fonction des qualités d'adhérence souhaitées. Pour une application dans un moteur thermique travaillant à haute température, des résultats satisfaisants ont été obtenus avec du polyamide 6 et du polyamide 66 éventuellement chargés avec des fibres de verre ou d'autres additifs appropriés à titre de matière thermoplastique, le caoutchouc associé étant un caoutchouc AEM (copolymère acrylate d'éthyl-éthylène), un caoutchouc ACM (caoutchouc acrylique), un caoutchouc ECO (copolymère épichlorhydrique/oxyde d'éthylène, un caoutchouc NBR (butadiène acrylonitrile) ou un caoutchouc EPDM (terpolymère éthylène-propylène-diène). On a également obtenu de bons résultats avec comme matière plastique thermodurcissable un ester vinylique du type BMC-Ve (Bulk Molding Compound Vinylester) associé à un caoutchouc AEM. Le moule à obturateurs selon l'invention, permettant le surmoulage d'une pièce composite en matière plastique par du caoutchouc, comprend: une première partie définissant une première cavité destince à recevoir la matière plastique, la première partie comportant des moyens de régulation de température adaptés pour maintenir la première cavité à une première température adaptée au refroidissement de la matière plastique dans la première cavité. Le moule comprend en outre une deuxième partie définissant une deuxTème cavité destince à recevoir le caoutchouc injecté, la deuxième partie comportant des moyens de régulation de température adaptés pour maintenir la deuxième cavité à une deuxième température différente de la première température et adaptée à la réticulation du caoutchouc dans la deuxième cavité. Un ou plusieurs moyens d'obturation peuvent être déplacés dans une première position o est empêché le passage de la matière plastique de la première cavité vers la deuxième cavité et dans une deuxième position o les deux cavités sont en communication l'une avec l'autre. Le moyen d'obturation comprend de préférence un ou plusieurs obturateurs mobiles capables d'obturer des conduits d'injection du caoutchouc et un élément mobile capable de se déplacer à l'intérieur de la première cavité et de définir la deuxième cavité. L'élément mobile peut avantageusement coulisser dans la deuxTème partie du moule de façon à définir la deuxième cavité. En variante, plusieurs éléments mobiles peuvent être prévus, définissant ainsi plusieurs cavités, selon la pièce à fabriquer. Dan s un mode de réalisation préféré, l 'obturateur peut coulis ser entre les deux parties de moule selon une direction sensiblement perpendiculaire à la direction de coulissement de l'élément mobile. La deuxième partie de moule peut être montée dans un bâti de moule comportant des moyens de régulation de température adaptés pour maintenir ledit bâti à la première température précitée. Les moyens de régulation de température peuvent comprendre par exemple des passages pratiqués dans la masse des parties de mQule et véhiculant un fluide caloporteur aux températures respectives ou comportant des éléments chauffants électriques. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente schématiquement un moule à obturateur utilisé dans le procédé de l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe partielle d'un moule à obturateur selon l'invention, montrant l'obturateur en position fermoe; la figure 3 est une vue en coupe analogue à la figure 2, montrant l'obturateur en position ouverte avant l'injection du caoutchouc; - la figure 4 est une vue en perspective de la partie en matière plastique d'une pièce pouvant être réalisce selon le procédé de l'invention; et - la figure 5 illustre le déroulement temporel d'un cycle de surmoulage intogré. Tel qu'illustré schématiquement sur la figure 1, le procédé de l'invention utilise un moule référencé 1 dans son ensemble, une unité 2 d'injection d'une matière plastique 3 et une unité 4 d'injection de caoutchouc 5. Les deux unités d'injection 2, 4 sont commandées par une interface de pilotage 6 qui commande à la fois l'injection et la fermeture des sorties de matière à injecter. Chaque unité d'injection 2, 4 comporte, comme illustré sur la figure schématiquement, une vis d'injection de type classique 2a, 4a. Dans l'exemple illustré, l'unité 2 d'injection de matière plastique s est disposoe sur le côté latéral du moule 1, tandis que l'unité 4 d'injection de caoutchouc est montée sur le dessus du moule 1. L'unité 4 d'injection de caoutchouc présente en outre un piston 7 mobile dans un cylindre 8 et capable de doser convenablement la quantité de caoutchouc à injecter dans le moule 1. Le moule 1, tel qu'il est illustré sur la figure 1, définit une première cavité 9 destince à recevoir la matière plastique 3 injectée par l'unité d'injection 2 à travers un conduit 2b. Cette première cavité 9 est définie dans une première partie 10 du moule, elle-même divisoe en deux moitiés lOa, lOb, de façon à permettre, après moulage, l'ouverture du moule 1 et l'éjection de la pièce moulée. La première partie lOa, lOb du moule 1 est régulée en température par des moyens non illustrés sur la figure 1, à une température adaptée au refroidissement de la matière plastique dans la première cavité 9, par exemple aux alentours de 80 C. Une deuxième partie 11 du moule 1 est disposce à l'intérieur de la première partie 10 et comprend, ici également, deux moitiés lla, llb, pour permettre le démoulage de la pièce moulée. A l'intérieur de la deuxième partie 1 1, est définie une deuxième cavité 12 destince à recevoir le caoutchouc provenant, par le conduit 4b, de l'unité d'injection 4, après dosage dans le cylindre 8. La deuxième partie 11 du moule 1 est régulée à une deuxième température, adaptée à la réticulation du caoutchouc, par exemple de l'ordre de 200 C. Les cavités 9 et 12 peuvent être séparces par un obturateur mobile 13. Sur la figure 1, l'obturateur mobile 13 est représenté en position d'obturation, de sorte que la matière plastique injectée dans la première cavité 9 n'a pas pénétré dans la deuxième cavité 12. Après injection de la matière plastique et éventuellement fermeture de l'unité d'injection 2, l'obturateur mobile 13 est déplacé et le caoutchouc 5 est injecté grâce à l'unité d'injection 4. Le caoutchouc pénètre alors dans la deuxième cavité 12 et entre en contact avec la matière plastique préalablement injectée dans la première cavité 9. Le refroidissement de la matière plastique injectée et maintenue dans la première cavité 9, se fait dès la fin de l'injection de la matière plastique. De la même manière, la réticulation ou la vulcanisation du caoutchouc se fait avant ouverture du moule dès la fin de l'injection du caoutchouc maintenu en pression dans la deuxième cavité 12. Les opérations de dosage de la matière plastique et du caoutchouc pour le cycle suivant, se font avantageusement en temps masqué pendant la durce du refroidissement de la matière plastique et de la réticulation du caoutchouc. La figure 5 illustre le déroulement d'un cycle de surmoulage. Sur la figure 5, le temps a été indiqué en abscisse. Le moule 1 est fermé entre t 1 et t2. A partir du temps t2, on procède à l'injection de la matière plastique par l'unité d'injection 2 référencce "unité TP" sur la figure 5. Cette opération se déroule jusqu'au temps t4, la matière plastique maintenue en pression dans la première cavité 9, commençant à se refroidir à partir du temps t3. Au temps t3, la cavité 9 est remplie et la matière plastique s'est solidifice en surface au contact du métal du moule. A coeur, la matière est encore visqueuse. A partir de t3, on maintient une pression permettant d'injecter un peu plus de matière afin de compenser la contraction de la matière. Cette phase dure jusqu'en t4 o toute la matière est solidifice mais non encore refroidie. Au temps t4, l'obturateur mobile 13 du moule 1 est déplacé, cette opération étant termince au temps t5, à partir duquel commence l'injection du caoutchouc par l'unité d'injection 4 référencce "unité CC" sur la figure 5. Au temps t5, commence également l'opération de dosage de la matière plastique dans l'unité TP pour le cycle suivant, et ce jusqu'au temps t7. La réticulation du caoutchouc maintenu en pression dans la deuxième cavité 12, commence dès le temps t6 et se poursuit, comme le refroidissement de la matière plastique, jusqu'au temps t9. Le dosage du caoutchouc dans l'unité CC, pour le cycle suivant, se fait du temps t7 au temps t8. Lorsque le refroidissement de la matière plastique et la réticulation du caoutchouc sont en majeure partie terminés, c'est-à-dire au temps t9, le moule est ouvert et la pièce composite est éjectée au temps t 10. Une fois la pièce démoulée, elle peut éventuellement subir un cycle de postvulcani s ati on par pass age en étuve à haute température afi n d'achever si nocessaire la réticulation du caoutchouc. I1 y a lieu de noter que le choix des couples des matières utilisoes, matière plastique-caoutchouc, doit étre préalablement déterminé par quelques essais de routine de façon à s'assurer que l'on obtient une adhérence suffisante entre les deux matériaux en fonction de l'application ultérieure de la pièce surmoulée. Les figures 2 et 3 illustrent un mode de réalisation pratique du moyen d'obturation mobile d'un moule à obturateur utilisé dans le procédé S de l'invention. Cet exemple concerne le moulage d'un couvre-culasse en matière plastique 39 visible sur la figure 4, sur laquelle la pièce a été représentée tel qu'elle serait avant l'adjonction du joint en caoutchouc. On voit que la pièce en matière plastique 39 présente une forme générale de cloche de section sensiblement parallélopipédique et présente sur sa face plane supérieure, visible sur la figure 4, une rainure périphérique 40 à l'intérieur de laquelle est moulé un joint en caoutchouc. En se reportant à la figure 2, le moule, monté ici à titre d'exemple sur une presse horizontale, comprend une première partie mobile 14 et une deuxième partie fixe 15. Un noyau central 16 est fixé par des vis schématisces en 17 sur la partie de moule 14. La partie de moule 14 et le noyau central 16 forment, avec la partie de moule 15 une première partie de moule régulée à une température correspondant au refroidissement souhaité pour la matière plastique. A cet effet, les parties 14 et 1S comme le noyau central 16, présentent une pluralité de passages 18 pratiqués dans la masse de ces éléments et capables de véhiculer un fluide caloporteur, par exemple de l'huile ou recevant des résistances électriques de façon à maintenir une température approprice, par exemple de l'ordre de 80 C. Une première cavité 19 est définie entre la partie de moule 15 et le noyau central 16. Cette cavité 19 peut être alimentée en matière plastique par un conduit latéral, non représenté sur la figure et relié à l'unité d'injection de matière plastique. La première partie de moule 14 présente un chambrage 20 à l'intérieur duquel sont disposces deux couches 22 d'un matériau thermiquement isolant formant barrière thermique entre la partie de moule 14 et un élément mobile 26. Un passage 23 est prévu dans la masse de l'extrémité 27 de l'élément mobile 26 pour un fluide caloporteur ou des résistances électriques, de façon à maintenir l'extrémité 27 à une température approprice à la réticulation du caoutchouc, par exemple de l'ordre de 200 C. La deuxième partie de moule 21 présente une gorge 24 ainsi qu'un passage périphérique 25 qui vient déboucher dans la première S cavité 19. Dans l'exemple illustré sur la figure 2, le profil de la gorge 24 est sensiblement trapézoïdal. Il pourrait également être rectangulaire. L'extrémité 27 de l'élément mobile 26 présente une forme trapézoïdale terminée par une lame 29,1'extrémité 27 pouvant coopérer avec les surfaces 24 également trapézoidales de la barrière thermique 21 avec interposition de cales d'épaisseur 28. La lame 29 maintenue à une température de l'ordre de 200 C, peut coulisser à l'intérieur du passage 25 et son extrémité dirigée vers la cavité 19 présente ici un profil en forme de rainure concave 30. Le déplacement en translation de l'élément mobile 26 est assuré par exemple par une ou plusieurs tiges d'actionnemet 31 coulissant dans des orifices pratiqués dans un couvercle latéral 32 fixé à la première partie de moule 14. Un obturateur mobile 33 est en outre monté entre la première partie de moule 14 et la deuxième partie de moule 15, de façon à obturer 1S une canalisation 34 d'amence de caoutchouc injecté. L'obturateur 33, mû par un vérin dont le bâti est monté sur la partie de moule 14, vient en contact, lorsqu'il est fermé, avec l'une des faces de la lame 29 de l'élément mobile 26, en pénétrant ainsi logèrement à l'intérieur de la première cavité 19. Dans l'exemple illustré, l'obturateur 33 se déplace en translation perpendiculairement à l'élément mobile 26. Un deuxTème obturateur analogue à l'obturateur 33 est disposé symétriquement de l'autre côté de la première partie de moule 14 afin d'équilibrer l'injection de caoutchouc. L'obturateur 33 est en contact sur la majeure partie de sa surface avec la première partie de moule 14 et la deuxième partie de moule 15, c'est-àdire avec des parties de moule maintenues à la première température. I1 peut également entrer en contact par une partie de sa surface avec une autre partie de moule maintenue à la deuxième température. Un aj u stage convenab le de ces surfaces est alors de préférence effectué pour assurer le déplacement de l'obturateur malgré le différentiel des températures. Bien entendu, d'autres structures différentes de celle illustrée sur les figures 2 et 3 pourraient être envisagées. Les deux obturateurs 33 peuvent par exemple se déplacer dans une fente inclince pratiquce dans la deuxième partie de moule 15. La translation des obturateurs 33 ne se fait alors plus perpendiculairement à l'élément mobile 26. L'avantage d'une telle disposition est d'éviter que les obturateurs 33 soient montés entre les deux parties de moule 14 et 15, ce qui simplifie l'ajustage des différentes pièces. Comme indiqué précédemment, l'obturateur 33, en position fermoe, tel qu'illustré sur la figure 2, empêche tout passage de caoutchouc injecté provenant de la canalisation 34. Lorsque les moyens d'obturation sont commandés à l'ouverture, comme illustré sur la figure 3, l'obturateur 33 est déplacé, dogageant ainsi la canalisation 34 qui déLouche dans un passage 35 laissé libre par l'obturateur 33. I1 en est de même du deuxième obturateur 33 dLsposé symétriquement, comme indiqué précédemment. De la même manière, l'élément mobile 26 est déplacé sur la gauche de la figure 3, ce qui entra^ne le retrait de la lame 29 à l'intérieur de l'espace laissé libre entre les deux couches 22, jusqu'à affleurer la surface frontale de la première partie de moule 14. La matière plastique déjà injectée dans la première cavité 19 laisse un emplacement vide pour le moulage du caoutchouc, cet emplacement correspondant à une deuxième cavité 36 laissce libre par le déplacement de la lame 29 de l'élément mobile 26. La rainure concave 30 de la lame 29 définit une nervure convexe correspondante 37 sur la matière plastique moulée dans la première cavité 19, ce qui favorise l'accrochage du caoutchouc injecté par le conduit 34 et le passage 35 dans la deuxième cavité 36. Grâce à la présence des passages 18 et 23, deux températures distinctes sont régulées dans les différentes parties de moule. De cette manière, on assure une injection et un refroidissement convenables de la matière plastique dans la première cavité 19, tandis qu'on assure de la même façon une injection et une réticulation convenables du caoutchouc dans la deuxième cavité 36. On notera que le passage 35 et le passage symétrique correspondant permettant l'injection de caoutchouc se retrouvent sur la pièce 39 illustrée sur la figure 4, sous la forme des échancrures 38. REVENDICATIONS 1-Procédé de moulage d'une pièce en matière plastique associce à du caoutchouc, caractérisé par le fait qu'on utilise un moule définissant: une première cavité (9) destince à recevoir la matière plastique injectée, la première cavité étant maintenue à une première température adaptée au refroidissement de la matière plastique; et une deuxième cavité (12) destince à recevoir le caoutchouc, la deuxième cavité étant maintenue à une deuxième température différente de la première température et adaptée à la réticulation du caoutchouc; les deux cavités étant en communication l'une avec l'autre. 2-Procédé de moulage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on obture la deuxième cavité pendant l'injection de la matière plastique dans la première cavité puis que l'on injecte le caoutchouc dans la deuxième cavité pendant le refroidissement de la matière plastique injectée dans la première cavité. 3-Procédé de moulage selon les revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'on poursuit le refroidissement de la matière plastique dans la première cavité et la réticulation du caoutchouc dans la deuxième cavité avant de procéder à l'ouverture du moule et à l'éjection de la pièce moulée. 4-Procédé de moulage selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'on effectue en suite un traitement thermique suppl émentaire de la pièce extraite du moule, pour achever la réticulation du caoutchouc. -Procédé de moulage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on utilise un caoutchouc vulcanisable. 6-Moule à obturateur permettant le surmoulage d'une pièce en matière plastique par du caoutchouc, caractérisé par le fait qu'il comprend: une première partie (14, 15, 16) définissant une première cavité (19) destince à recevoir la matière plastique injectée, la première partie comportant des moyens (18) de régulation de température adaptés pour maintenir la première cavité à une première température adaptée au refroidissement de la matière plastique dans la première cavité; une deuxième partie (26, 27) définissant une deuxième cavité (36) destince à recevoir le caoutchouc injecté, la deuxième partie comportant des moyens (23) de régulation de température adaptés pour maintenir la deuxième cavité à une deuxième température différente de la première température et adaptée à la réticulation du caoutchouc dans la deuxième cavité; et des moyens d'obturation (33, 29) pouvant être déplacés dans une première position o est empêché le passage de la matière plastique injectée de la première cavité vers la deuxième cavité et dans une deuxième position o les deux cavités sont en communication l'une avec l'autre. 7-Moule selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les moyens d'obturation comprennent un ou plusieurs obturateurs mobiles (33) capables d'obturer des conduits d'injection du caoutchouc et un élément mobile (26, 29) capable de se déplacer à l'intérieur de la première cavité et de définir la deuxième cavité. 8-Moule selon la revendication 7, caractérisé par le fait que l'élément mobile peut coulisser dans la deuxième partie du moule de façon à définir la deuxième cavité. 9-Moule selon la revendication 8, caractérisé par le fait que l'obturateur peut coulisser entre les deux parties de moule selon une direction sensiblement perpendiculaire à la direction de coulissement de l'élément mobile. 1 O-Moule selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé par le fait que la deuxième partie de moule est montée dans un bâti de moule (14) comportant des moyens de régulation de température adaptés pour maintenir ledit bâti à la première température précitée. 11-Moule selon l'une quelconque des revendications 6 à 1O, caractérisé par le fait que les moyens de régulation de température comprennent des passages pratiqués dans la masse des parties de moule et véhiculant un fluide caloporteur aux températures respectives ou équipés de résistances électriques. 1 2-Pièce composite en matière plastique et en caoutchouc pouvant être fabriquce par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisce par le fait que la matière plastique est choisie parmi les polyamides 6 et 66 éventuellement chargés et les esters vinyliques thermodurcissables et le caoutchouc est choisi parmi les caoutchoucs AEM (copolymère acrylate d'éthyl-éthylène), ACM (caoutchouc acrylique), ECO (copolymère épichlorhydrine/oxyde d'éthylène), NBR (butadiène acrylonitrile) et EPDM (terpolymère