Brevet FR2823701A1 — publié le 20021025

(521). La présente invention concerne un joint d'étanchéité pour l'encadrement de l'ouvrant d'un véhicule. Un véhicule, par exemple une automobile, est composé d'une caisse et de plusieurs ouvrants, tels que des portières, des capots et des volets. Ces ouvrants sont articulés sur la caisse pour obturer des ouvertures délimitées par un encadrement. Au niveau de l'encadrement de chaque ouverture sont disposés des joints d'étanchéité qui ont pour fonction de rendre étanche le canal existant entre la caisse et l'ouvrant. D'une manière générale, ces joints d'étanchéité remplissent les fonctions suivantes: étanchéité à l'eau, étanchéité à la poussière, étanchéité acoustique, filtrage des vibrations, rôle esthétique et rattrapage des jeux de fermeture de l'ouvrant par rapport à la caisse. Le joint d'étanchéité selon l'invention s'adresse à tout type de véhicule et notamment des véhicules de tourisme et utilitaires. Les joints d'étanchéité présentent des formes très variées suivant qu'ils sont destinés à étre disposés en partie haute, basse ou latérale d'une portière ou au niveau d'un capot par exemple. Toutefois, tous ces joints comprennent d'une part, un élément de fixation dudit joint sur l'encadrement et d'autre part, un élément tubulaire attenant audit élément de fixation et susceptible de se déformer élastiquement lorsqu'il est comprimé entre ledit encadrement et ledit ouvrant. Les joints d'étanchéité connus actuellement sont réalisés selon deux technologies. La première utilise des élastomères vulcanisés à base de terpolymères éthylène propylène diène (EPDM). Les joints sont réalisés par extrusion puis vulcanisation par ultra-haute fréquence (UHF), par bain de sel de sodium ou par passage dans un lit fluidisé. L'inconvénient majeur de cette solution est le poids important des pièces obtenues. Un autre problème réside dans l'impossibilité de recycler ces pièces alors que les réglementations en vigueur imposent aux constructeurs automobiles le recyclage d'un maximum de pièces. Enfin, il est impossible de fabriquer un joint d'étanchéité en caoutchouc cellulaire (c'est-à-dire moussé) de couleur et qui présente simultanément les propriétés requises par sa fonction. Or, pour des raisons d'esthétique, il serait intéressant de réaliser des joints d'encadrement de la méme couleur que celle de la carrossene. La deuxième technologie utilise majoritairement des élastomères thermoplastiques moussés avec des agents gonflants chimiques, de type exothermique ou endothermique ou un mélange des deux ou des agents gonflants physiques, tels que de l'eau. Lorsqu'on utilise un agent gonflant chimique, la formation des cellules dans le produit final extrudé est assurée par la dégradation de l'agent gonflant, en gaz, sous l'action de la température. Toutefois, avec de tels agents, il est difficile d'obtenir des structures cellulaires homogènes et par ailleurs la taille des cellules obtenues est voisine de 200 m. De plus ces agents gonflants ne sont pas favorables à l'environnement et nécessitent la mise en _uvre de précautions particulières lors de leur utilisation. Dans le cas de l'agent physique (voir par exemple procédé Berstoff, brevet US-5 567 370), l'eau est injectée dans l'élastomère thermoplastique fondu. Le mélange est soumis dans deux zones du fourreau, à des cisaillements importants, ceux-ci permettant une distribution fine de l'eau dans le polymère fondu. La pression du mélange est comprise entre 100 et 200 bars (100 et 200.105 Pa), et la température est voisine de 180 à 190 C. Le mélange fondu obtenu est ensuite mis en forme dans une filière. Toutefois, avec un tel procédé, il est difficile d'obtenir un mélange homogène entre l'élastomère et l'eau. En effet la so lubilité de l' eau dans les différents élastomères thermoplastiques est moins importante que celle d'un gaz comme le dioxyde de carbone par exemple. L'invention a pour but de résoudre les inconvénients précités. A cet effet l'invention concerne un joint d'étanchéité pour l'encadrement de l'ouvrant d'un véhicule, du type comprenant un élément de fixation du joint sur l'encadrement et un élément tubulaire attenant à l'élément de fixation, cet élément tubulaire ayant au moins une partie susceptible de se déformer élastiquement lorsqu'elle est comprimée entre ledit encadrement et ledit ouvrant. Ce joint est remarquable en ce que ladite partie élastiquement déformable est réalisce en un matériau cellulaire, extrudé, choisis parmi les élastomères thermoplastiques oléfiniques, styréniques ou les polyuréthannes thermoplastiques, présentant une densité comprise entre 0, 1 et 0,6 et des cellules f d'un diamètre comprises entre 70 m et 100 m, réparties de facon uniforme à l'intérieur du matériau, selon une densité de cellules supérieure à 1 06/cm3. Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention: - l'élément de fixation est réalisé dans un matériau extrudé, cellulaire ou non, qui a une densité comprise entre 0,5 et 0,9, et qui est choisi parmi les élastomères thermoplastiques oléfiniques, styréniques, les polyuréthannes thermoplastiques, les matières plastiques ou le caoutchouc; - l'élément tubulaire présente une membrane intérieure longitudinale la divisant en deux tubes, cette membrane intérieure étant réalisce en un matériau non moussé, d'une densité comprise entre 0,9 et 1, 2, ou en matériau moussé d'une densité comprise entre 0,1 et 0,6, choisi parmi les élastomères thermoplastiques, oléfiniques, styréniques, les polyuréthannes thermoplastiques, les matières plastiques et le caoutchouc; - le matériau élastomère thermoplastique styrénique est un copolymère de polypropylène (PP) et de styrène - éthylène - butadiène - styrène (SEBS); - le matériau élastomère thermoplastique oléfinique est un matériau thermoplastique vulcanisé dynamiquement (TPV); - l'élément de fixation et l'élément tubulaire sont réalisés avec des matériaux chimiquement compatibles et co-extrudés; - l'élément de fixation et la partie dudit élément tubulaire susceptible de se déformer sont extrudés séparément puis collés à l'aide d'un adhésif; - la surface extérieure de l'élément tubulaire est revêtue d'un vernis permettant de diminuer l'absorption d'eau. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante de deux modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple illustratif et non limitatif, cette description étant établie en faisant rétérence aux dessins joints dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un premier mode de réalisation du joint d'étanchéité selon l'invention, ce dernier étant monté entre l'encadrement et l'ouvrant de l'ouverture d'un véhicule et, - la figure 2 est une vue en coupe transversale d'une variante de réalisation du joint de la figure 1, et la figure 3 est une vue en coupe transversale d'un deuxième mode de réalisation du joint d'étanchéité selon l'invention. La figure 1 représente un mode de réalisation du joint d'étanchéité selon l'invention. Toutefois, ces joints peuvent présenter des formes très variées suivant qu'ils sont destinés à étre montés sur des encadrements de portière, de capot ou de volet. D'une manière générale cependant, tous ces joints comprennent un élément de fixation dudit joint sur l'encadrement et un élément tubulaire attenant, susceptible de se déformer élastiquement lorsqu'il est comprimé entre ledit encadrement et l'ouvrant. Ainsi, comme illustré sur la figure 1, l'élément de fixation 1 est destiné à être monté sur l'encadrement 2 (feuillure) d'une ouverture prévue dans la caisse, tandis que l'élément tutulaire 3 attenant se déforme sous l'action de l'ouvrant 4. L'encadrement 2 et l'ouvrant 4 sont représentés de façon partielle sur la figure 1. Le joint représenté sur la figure 1 est destiné à étre monté sur la partie latérale de l'encadrement d'une portière. L'élément de fixation 1 a la forme d'un profilé en "U" présentant un fond 10 et deux parois latérales 11. La surface intérieure 110 de ces parois latérales est munie de lèvres 12 facilitant la fixation du joint sur la carrosserie. Le profilé en "U" 10 peut également être muni intérieurement d'une âme métallique 13. L'élément de fixation peut également être monté sur un support métallique (non représenté sur les figures). Cette âme ou ce support métallique permettent de cintrer le joint pour l'adapter à la forme de l'ouverture de la caisse. L'élément tubulaire 3 comporte une partie 30 susceptible de se déformer élastiquement lorsqu'elle est comprimée entre l'encadrement 2 et l'ouvrant 4. Cette partie 30 présente la forme d'un profilé ouvert dont la section transversale a la forme d'un "C", attenant à la surface extérieure 111 de la paroi latérale 11. C'est donc cette partie 30 et une portion de la surface 111 qui délimitent la totalité de la circonférence du tube de l'élément tubulaire 3. On notera que la paroi latérale 11 ne se déforme pas lorsque l'ouvrant 4 est refermé sur l'encadrement 2. L'élément tubulaire 3 présente en outre des orifices 31 répartis à intervalles réguliers sur la totalité de sa longueur, et qui ont pour rôle de permettre l'échappement de l'air contenu dans le volume intérieur 32 de la partie tubulaire 3 lorsque celle-ci est comprimée. La figure 2 illustre une variante de réalisation dans laquelle l'élément tubulaire 3 présente en outre une membrane intérieure longitudinale 33 divisant le volume intérieur 32 du tube, en deux espaces 320,320'. Cette membrane intérieure 33 a pour rôle de favoriser une reprise élastique plus rapide du joint après qu'il ait été déformé. Elle permet d'avoir une plus faible déformation rémanente à la compression, elle l'augmente la rigidité du joint et améliore les propriétés acoustiques de celui-ci. La structure du joint précité est classique et ne sera pas décrite davantage. Selon un autre mode de réalisation du joint illustré sur la figure 3, la partie 30 susceptible de se déformer peut avoir la forme d'un profilé fermé de section sensiblement circulaire et l'élément de fixation 1, la forme d'un profilé plan s'étendant depuis la surface extérieure dudit profilé 30 parallèlement à l'axe longitudinal de celui- ci. Ce type de joint est monté sur la partie inférieure de l'encadrement d'une portière. Dans ce cas, la partie 30 susceptible de se déformer et l'élément tubulaire 3 sont confondus, c'est donc la totalité de l'élément tubulaire 3 qui se déforme lors de la compression par l'ouvrant 4. La partie 30 susceptible de se déformer est fabriquée dans un matériau choisi parmi les élastomères thermoplastiques. Ces matériaux allient l'élasticité des caoutchoucs à la réversibilité thermique et à la mise en _uvre des "matières plastiques". Parmi ces matériaux, les élastomères thermoplastiques oléfiniques, styréniques et les polyuréthannes thermoplastiques ont été retenus en raison de leurs propriétés proches des caoutchoucs. Les élastomères thermoplastiques oléfiniques dont la phase caoutchouc est entièrement réticulée, connus sous le nom anglophone de TPV (produits thermoplastiques vulcanisés dynamiquement), sont un mélange de polypropylène (PP) avec un caoutchouc d'éthylène et de propylène (EPMEPDM) réticulés. Des particules de caoutchouc réticulé de l'ordre du micron sont dispersées dans la matrice thermoplastique de polypropylène. Ces types d'élastomères thermoplastiques présentent un caractère élastique prononcé. Dans la phase souple, la réticulation contribue à conférer une déformation réversible en limitant les effets nocifs du fluage et de déformation permanente. Les déformations rémanentes à la compression peuvent être du même ordre de grandeur que celles obtenues avec de l'EPDM (éthylène propylène diène) vulcanisé. Par ailleurs, la réticulation de la phase souple donne une meilleure résistance à haute température. A titre d'exemple, on peut citer les élastomères thermoplastiques oléfiniques connus sous les dénominations "SARLINK" (marque déposée) de la société DSM et "SANTOPRENE" (marque déposée) de la société AES. Les élastomères thermoplastiques styréniques sont formulés sur une base de copolymères blocs styréniques ou de copolymères à blocs styréniques, organisés en réseaux interpénétrants alliés à des polyoléfines. Dans le cas du PP/SEBS, la polyoléfine est le polypropylène. Les élastomères thermoplastiques styréniques SEBS sont constitués de séquences rigides de polystyrène et de séquences souples de polyéthylène butylène. Ce matériau est choisi pour son caractère caoutchouteux et sa faible déformation rémanente en compression et en traction. A titre d'exemple, on peut citer le matériau connu sous la dénomination "TEFABLOC" (marque déposée) de la société COUSIN TESSIER. Ce matériau est moussé c'est-à-dire qu'il présente une structure cellulaire. Il est fabriqué à l'aide du procédé connu sous la dénomination "MuCell" de la société américaine TREXEL INC. Le procédé de moussage utilisé peut par exemple étre celui décrit dans le documents US 4 473 665, US 5 160 674 et US 5 866 053 au nom du MIT (Massachusetts Institute of Technology). Ce procédé repose sur l'injection d'un gaz à l'état de fluide supercritique, dans le polymère fondu, à travers le fourreau d'une extrudeuse afin de former une solution monophasique qui est ensuite extrudée sous forme de joint. Un fluide est dit "supercritique" lorsque sa pression et sa température sont supérieures à sa pression et à sa température critiques. Il est monophasique et possède des propriétés différentes de celles spécifiques des liquides ou des gaz. Il a un pouvoir de dissolution élevé vis-à-vis de nombreux composés à la différence des gaz modérément comprimés. Dans un tel état, le fluide a les caractéristiques de solubilité d'un liquide mais sa tension de surface est inférieure à celle d'un liquide, de sorte qu'il peut diffuser plus facilement à l'intérieur d'un matériau comme le fait un gaz. Le gaz à l'état supercritique occupe les sites interstitiels entre les molécules et de ce fait, la distance entre les molécules des polymères augmente et les molécules peuvent se déplacer relativement facilement entre elles. La température de transition visqueuse et la viscosité du polymère diminuent lorsque la concentration des gaz augmente. Une fois que le gaz diffuse hors du polymère, celui-ci retrouve ses propriétés initiales. Le gaz supercritique injecté est avantageusement du dioxyde de carbone (CO2). Ce gaz présente une température critique de 31,1 C, une pression critique de 72,2 bars (72,2.105 Pa) et un coefficient de diffusion élevé. Il peut donc étre amené facilement à l'état supercritique. D'autres gaz peuvent être utilisés comme l'azote (N2) OU l'argon, mais leur solubilité est faible. En outre, l'argon est un gaz cher. L'unité permettant d'amener le gaz à un état supercritique est constituée d'une pompe qui permet d'obtenir des pressions de 400 à 600 bars (400 à 600.105 Pa) et d'un accumulateur qui permet de stocker du gaz, car la pompe fonctionne par à coups. Cette pompe fonctionne avec de l'air comprimé de 6.2 bars à 10 bars (6,2 à 10.105 Pa). Dans l'unité de gaz supercritique, une valve permet de réguler la pression. Le procédé de moussage précité, connu sous la dénomination "MuCell", se déroule de la façon suivante. Un gaz inerte, tel que du dioxyde de carbone ou de l'azote, est injecté à l'état supercritique, dans le polymère fondu, à travers le fourreau de l'extrudeuse, afin de former une solution monophasique. Pour cela, le gaz passe à travers de très petits orifices au niveau des injecteurs. Les bulles formées sont cassées par cisaillement afin d'accélérer la diffusion du gaz dans le polymère. En effet, lorsqu'on déforme ces bulles, on augmente leur énergie de surface et on favorise la diffusion du gaz. De plus, le polymère fondu est supersaturé par le gaz à l'intérieur de l'extrudeuse. La pression dans le fourreau et la filière doit être élevée, car la solubilité du gaz augmente avec la pression. Ensuite, le procédé consiste à mettre en forme à travers la filière, la solution gaz/polymère et à créer brutalement une instabilité thermodynamique à l'intérieur de la solution. Cette instabilité thermique est obtenue par la chute brutale de la pression au moment ou la solution précitée passe à travers l'orifice étroit de la filière. On obtient ainsi simultanément de nombreux sites de nucléation (ou germination) distribués uniformément à travers le polymère. Le gaz diffuse alors dans les sites de nucléation et la dimension des bulles augmente de façon uniforme. Le nombre de cellules de nucléation et donc de bulles dépend à la fois de la perte de pression et de la durée de cette perte de pression. Ces deux critères dépendent de la forme de la buse de nucléation (rayon et longueur), à un débit de matière donné. La densité du matériau moussé obtenu dépend de la quantité de gaz injecté dans le polymère fondu. De prétérence, et comme précisé dans le document US S 866 053, la quantité de gaz supercritique par rapport au débit de polymère est de l'ordre de 10 %. Toutefois, la quantité soluble maximale de gaz supercritique dépend des conditions de pression et de température du polymère dans le fourreau de l'extrudeuse. Enfin, il est également important de réguler la température au cours du procédé, afin de contrôler les déformations de la matrice plastique durant la croissance des cellules. En effet, plus la température du polymère est élevée et plus la nucléation et la diffusion du gaz sont rapides. Pour contrôler la croissance des cellules, on maintient une température proche de la température de fusion du polymère, puis on diminue rapidement la température de la filière pour conserver la structure micro-cellulaire du profilé moussé obtenu. Cette baisse de température a pour effet d'augmenter la résistance de la matrice viscoélastique, de diminuer le volume spécifique de la phase gazeuse et d'augmenter la tension de surface. La partie tubulaire du joint ainsi obtenue présente une densité comprise entre 0,1 et 0,6. En dessous de 0,1, les propriétés mécaniques du matériau telles que la résistance à la traction sont insuffisantes et au- dessus de 0,6, il n'y a pas de gain de masse par rapport à la partie tubulaire d'un joint de porte classique réalisé en caoutchouc. La partie 30 susceptible de se déformer ainsi obtenue présente une structure cellulaire constituée majoritairement de cellules fermées, d'un diamètre compris entre 70 et 100,um, avec une densité de cellules supérieure à 106/cm3. Cette structure cellulaire est homogène. Au contraire, les matériaux obtenus avec des procédés de moussage de l'art antérieur présentent des cellules de dimensions plus importantes (100 à 1 000,um) et une densité de cellules de 103 à 106/cm3 de matériau Ainsi, des tests comparatifs effectués avec une partie tubulaire en TPE moussé à l'aide d'un agent physique tel que l'eau montrent que le produit obtenu a une structure cellulaire non homogène dont les cellules ont un diamètre de m. De même, une partie tubulaire en caoutchouc vulcanisé possède des cellules d'un diamètre d'environ 300 m. En outre, la tailIe des cellules varie en fonction de leur position par rapport à la surface du tube. La structure cellulaire n'est donc pas homogène. D'autres tests ont été effectués sur la déformation rémanente à la compression Joint comprimé pendant 7 jours à 85 C). Cette déformation varie de à 60 % pour un caoutchouc cellulaire classique et est inférieure à 40 % pour un matériau moussé selon l'invention. Enfin, les effort en compression d'un joint doivent être compris entre un minimum correspondant aux efforts minimum pour garantir l'étanchéité du joint, son positionnement et son comportement aérodynamiques et de roulage (diminution des vibrations) et un maximum correspondant aux efforts maximum permettant la fermeture de la porte. Lorsque la partie tubulaire 30 déformable est réulisée avec le matériau selon 1'invention, les efforts en compression sont moindre que ceux obtenus avec des joints en caoutchouc cellulaire classiques. Enfin, on notera qu'un vernis peut être appliqué sur la partie 30 pendant la fabrication du joint, afin de diminuer la possibilité d'absorption d'eau par celui-ci. Ce vernis est par exemple un vernis polyuréthanne, du type de celui connu sous la dénomination commerciale "Xylan 1642" de la société WHITFORD ou un vernis de silicone, du type connu sous la dénomination "silicone 4049" de la société GENERAL ELECTRIC. L'élément de fixation 1 peut être fabriqué dans le même matériau que l'élément tubulaire 3 ou dans une autre matière plastique ou un caoutchouc. Ce matériau peut être moussé ou non et s'il l'est, ce moussage peut être effectué soit avec le procédé "MuCell" précité, soit à l'aide d'agents gonflants chimiques. Le principal critère pour le choix de la matière plastique est qu'elle recouvre complètement l'âme métallique 13 lorsque celle-ci est présente. Il est nécessaire que l'élément de fixation 1 obtenu présente une densité comprise entre 0,5 et 0,9. En effet, en dessous de 0,5, la résistance au déchirement est insuffisante et au-dessus de 0,9, le gain en masse est trop peu important par rapport aux joints en caoutchouc existants sur le marché. Par ailleurs, les lèvres 12 ont une densité proche de 0,9. L'élément tubulaire et l'élément de fixation peuvent soit être co extrudés simultanément pour former un profilé d'un seul tenant, soit être extrudés séparément et être as semblés ultérieurement par collage à l 'aide d'un adhésif. Le joint obtenu est d'un poids plus faible que les joints de l'art antérieur et présente malgré tout de bonnes caractéristiques mécaniques. La structure cellulaire est majoritairement constituée de cellules fermées, ce qui rend le joint moins sensible au gel. Les gaz utilisés dans le procédé de moussage "MuCell" précité ne sont pas nuisibles pour l'environnement. En outre, le joint obtenu est recyclable, par séparation de la partie cellulaire, de la partie compactée non moussée, puis par broyage. Enfin, il est possible de colorer les joints par addition d'une poudre de mélange maestro (connue sous la denomination anglaise de "masterbach") dans le polymère fondu avant l'injection de gaz à l'état supercritique. REVENDICATIONS 1. Joint d'étanchéité pour l'encadrement (2) de l'ouvrant (4) d'un véhicule, du type comprenant un élément de fixation (1) du joint sur l'encadrement (2) et un élément tutulaire (3) attenant à l'élément de fixation (1), cet élément tubulaire (3) ayant au moins une partie (30) susceptible de se déformer élastiquement lorsqu'elle est comprimée entre ledit encadrement (2) et ledit ouvrant (4), caractérisée en ce que ladite partie (30) élastiquement déformable est réalisée en un matériau cellulaire, extrudé, choisi parmi les élastomères therrnoplastiques oléfiniques, styréniques ou les polyuréthannes thermoplastiques présentant une densité comprise entre 0,1 et 0,6 et des cellules d'un diamètre compris entre 70 1lm et 100 m, réparties de façon uniforme à l'intérieur du matériau, selon une densité de cellules supérieure à 1 06/cm3. 2. Joint d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de fixation (1) est réalisé dans un matériau extrudé, cellulaire ou non, qui a une densité comprise entre 0,5 et 0,9, et qui est choisi parmi les élastomères thermoplastiques, oléfiniques, styréniques, les polyuréthannes thermoplastiques, les matières plastiques ou le caoutchouc. 3. Joint d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément tubulaire (3) présente une membrane intérieure longitudinale (33) le divisant en deux tubes, cette membrane intérieure (33) étant réalisée en un matériau non moussé, d'une densité comprise entre 0,9 et 1, 2, ou en un matériau moussé d'une densité comprise entre 0,1 et 0,6, choisi parmi les élastomères thermoplastiques, oléfiniques, styréniques, les polyuréthannes thermoplastiques, les matières plastiques et le caoutchouc. 4. Joint d'étanchéité selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le matériau élastomère thermoplastique styrénique est un copolymère de polypropylène (PP) et de styrène - éthylène - butadiène - styrène (SEBS). 5. Joint d'étanchéité selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le matériau élastomère thermoplastique oléfinique est un matériau thermoplastique vulcanisé dynamiquement (TPV). 6. Joint d'étanchéité selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'élément de fixation (1) et l'élément tubulaire (3) sont réalisés avec des matériaux chimiquement compatibles et co-extrudés. À l 7. Joint d'étanchéité selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'élément de fixation (1) et la partie (30) dudit élément tubulaire (3) susceptible de se déformer sont extrudés séparément puis collés à l'aide d'un adhésif. 8. Joint d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface extérieure de l'élément tubulaire (3) est revêtue d'un vernis permettant de