Brevet FR2863677A1 — publié le 20050617

L'invention concerne un profilé d'étanchéité destiné à une pièce de cartérisation pour véhicule automobile en particulier un joint pour couvre-culasse ou pour carter d'huile. Les couvre-culasses traditionnels comportent en général une gorge annulaire dans laquelle vient se loger un profilé d'étanchéité appelé joint d'étanchéité dont la géométrie est complémentaire de la gorge. La fonction étanchéité est assurée grâce à la déformation élastique du joint dans sa gorge. Le joint provoque à son tour une contre-réaction, qui entraîne, à long terme, la déformation du couvre-culasse thermoplastique entre les points de fixation. La contre réaction du joint doit être la plus faible possible pour limiter la déformation du couvre culasse plastique dans le temps. La contre-réaction doit cependant rester suffisante pour garantir, même après vieillissement du joint et du couvre culasse, une pression nécessaire à la bonne étanchéité. L'élasticité du matériau constituant le joint est donc un paramètre déterminant pour assurer I 'étanchéité de la pièce. L'élasticité du matériau constituant le joint doit être garantie pour des températures allant de -40 C à +150 C, et ne doit pas évoluer significativement même après vieillissement de la pièce. De plus, dans certains cas, le joint d'étanchéité assure une fonction de découplage de 20 façon à amortir les vibrations générées par le bloc moteur. Dans ce cas l'élasticité du joint est également indispensable pour assurer un bon découplage. Enfin, les matériaux constituant les joints doivent bien sûr être imperméables à l'huile, pour éviter une fuite d'huile au niveau du joint lui-même, et inertes chimiquement vis à vis des 25 hydrocarbures de façon à ne pas être altérés par les hydrocarbures eux-mêmes. Lors de la conception d'un joint pour pièce de cartérisation, l'homme de métier n'a à sa disposition qu'un petit nombre de matériaux ayant ces caractéristiques techniques, et économiquement acceptables. II est ainsi orienté vers des matériaux type AEM (à base de d'éthylène acrylique) ou vers des matériaux ACM (à base de polyacrylique). Ce type de matériaux présente une élasticité comprise entre 35 et 70 shore A. De nouvelles normes environnementales, et en particulier les normes californiennes SULEV et ZEV; imposent une limitation drastique des émissions d'acides organiques volatiles (appelés C.O.V.) par véhicule. La norme ZEV stipule ainsi qu'en 2007, 10% du parc automobile ne devra produire aucune émission de C.O.V. Les matériaux constituant les joints doivent donc de surcroît être imperméables aux vapeurs d'hydrocarbures, pour éviter la fuite de vapeurs d'huile du carter d'huile vers l'extérieur du véhicule au niveau des joints d'étanchéité. En effet les molécules d'acides Z 2863677 organiques volatiles sont effet susceptibles de diffuser à travers les matériaux traditionnels constituant les joints, et en particulier les élastomères, et ainsi atteindre l'atmosphère. Ce sont ces réductions d'émissions qui sont visée par les normes type SULEV et ZEV. II existe des tests standards de mesure de la perméabilité aux hydrocarbures, comme ceux décrits par exemple dans la norme américaine ASTM D-814-95 Standard Test Method for Rubber Property Vapor Transmission of Volatile Liquids. Pour satisfaire ces nouvelles exigences réglementaires, l'homme de métier n'a à sa disposition qu'une gamme très restreinte de matériaux présentant l'ensemble de ces caractéristiques physico-chimiques. Des composés fluorocarbonés, comme le matériau vendu sous le nom commercial Viton sont ainsi couramment utilisés. Cependant, de tels matériaux présentent des duretés supérieures à 70 shore. Pour assurer une étanchéité même après vieillissement, la faible élasticité du joint doit être compensée par une rigidité plus importance de la pièce de cartérisation, qui comprend des éléments de rigidification supplémentaires, comme des nervures ou davantage de points de fixation. Une solution alternative consiste à utiliser un assemblage de deux joints distincts aux propriétés physiques et chimiques différentes: un joint réalisé en matériau élastomère conventionnel, choisi pour ses propriétés d'élasticité, et un joint réalisé dans un matériau thermoplastique-fluoro carboné lui assurant une forte imperméabilité aux C.O.V. La solidarisation de ces deux joints est assurée par une accroche mécanique type tenon-mortaise. Cette solution est décrite plus précisément dans la demande de brevet WO03016756. Cette solution fait intervenir un joint réalisé dans un matériau thermoplastique fluoré, donc un matériau rigide, qui ne peut être que faiblement compressé. Cette solution est adaptée pour l'assemblage de pièces rigides, comme des pièces métalliques par exemple, mais ne peut pas être utilisée pour l'assemblage de pièces susceptibles d'être déformées, comme par exemple des pièces thermoplastiques, où un joint fortement élastique donc créant une forte contre-réaction est nécessaire pour absorber la déformation des pièces à assembler. De plus, dans la solution décrite dans la demande WO03016756, l'interface entre le joint élastomère et le joint rigide, qui constitue la zone d 'assemblage mécanique, est une zone de fragilité , d'où des risques de fuites de C.O.V. lors du vieillissement des matériaux constituant les deux joints. La réalisation de pièces de cartérisation étanches et répondant aux nouvelles exigences réglementaires est donc particulièrement difficile pour l'homme de métier. L'objet de ce brevet est de proposer un nouveau type de profilé d'étanchéité imperméable aux hydrocarbures tout en ayant des propriétés élastiques satisfaisantes, et facile à mettre 3 2863677 en oeuvre. Ce profilé d'étanchéité est plus particulièrement destiné à l'assemblage de pièces thermoplastiques. Ce type de profilé d'étanchéité est caractérisé par le fait qu'il comprend au moins au une première partie et une seconde partie ayant des propriétés physiques et mécaniques différentes, une des deux parties ayant des propriétés élastique et étant réalisée dans des matériaux conventionnels, l'autre partie ayant également des propriétés élastiques mais étant de surcroît très peu perméable aux vapeurs d'hydrocarbures. Dans une configuration particulière de l'invention, les deux parties étant reliées entre elles par des liaisons chimiques. Dans une autre configuration particulière les deux couches sont superposées. La couche imperméable aux C.O.V. est préférentiellement réalisée en utilisant un matériau thermodurcissable fluoro-carboné, type FPM ou FCM, de sorte à présenter une perméabilité aux vapeurs d'hydrocarbures faible au regard du test ASTM D814-95. Bien sûr, d'autres types de matériaux, présentant des perméabilités aux hydrocarbures comparables, peuvent être employées, et en particulier des matériaux de la famille des thermoplastiques fluoro-carboné comme le PTFE (teflon ) sous réserve que ces matériaux soient chimiquement compatibles avec le matériau élastomère constituant la couche élastique. La couche élastique présente une élasticité comprise entre 20 et 90 shore A. Elle est préférentiellement réalisée en matériau élastomère conventionnel, par exemple du caoutchouc naturel, de l'EPDM (ethylene polypropylene) , du SBR (styrene-butadiene rubber) ou tout autre élastomère connu de l'homme de métier. Dans la configuration privilégiée, le matériau faiblement perméable aux vapeurs d'hydrocarbures constitue la couche superficielle du joint, et il enrobe complètement la couche élastique, interne. Cette couche périphérique a une épaisseur comprise entre 0,5mm et I mm. La couche interne a une épaisseur comprise entre 1 et 5 mm. Cette configuration est représentée figure 2, 3 et 6. Des variantes de joints peuvent être proposés, dans lesquelles la couche imperméable aux hydrocarbures n'englobe que partiellement la couche élastique (représenté figure 5). Dans une autre variante, la couche imperméable aux hydrocarbures peut constituer la moitié du joint (représenté figure 1). La couche imperméable aux hydrocarbures peut également être incluse dans la couche élastique (représenté figure 4). Les joints sont toujours associés à des géométries de gorge complémentaires. LI 2863677 Dans une variante de l'invention, la couche interne est imperméable aux vapeurs d'hydrocarbures et la couche externe est élastique Le joint déformé après compression doit être en contact parfait avec les surfaces définissant la gorge prévue sur la face intérieure du couvre-culasse, de façon à assurer l'étanchéité. La géométrie du joint doit donc être complémentaire de la gorge dans laquelle il vient se loger. Dans la configuration privilégiée, il aura une section transversale en T, c'est à dire présenter une base et deux ailes faisant cornière. Cette configuration est représentée figures 1, 2, 4 et 5. Une section transversale circulaire ovoïde (représentée figure 6), ou quadrilobe (représenté figure 3) sont également envisageables. Tout autre type de section transversale imaginée par l'homme de métier est envisageable dans la mesure où elle permet d'obtenir une pression suffisante dans la gorge pour assurer l'étanchéité. Afin d'assurer une bonne étanchéité, les deux matériaux constituant le joint doivent être parfaitement solidaire l'un de l'autre par au moins une de leur face. Le joint est ainsi préférentiellement réalisé par coextrusion, dans une installation de double extrusion qui comporte deux extrudeuses qui débitent dans une tête d'extrusion commune. La coextrusion est une technique bien conclue de l'homme de métier; elle est décrite par exemple dans la demande de brevet EP0209453. La section définie par la tête d'extrusion est telle que le profilé obtenu est complémentaire de la gorge prévue sur surface du couvre-culasse. Le profilé d'étanchéité ainsi proposé est constitué d'un jonc présentant une section 25 transversale sensiblement constante sur toute sa longueur. Le profilé d'étanchéité est ensuite découpé à la longueur désirée, puis assemblé à ses extrémités. D'autres modes de réalisation du joint d'étanchéité sont possibles, et en particulier le surmoulage bi-matière. Dans ce cas, on injecte l'une des 2 matières qui sera ensuite 30 surmoulée avec la seconde, par les techniques classiques de surmoulage. Un autre mode de réalisation du joint d'étanchéité est la réalisation d'une gaine par trempage, pistolage, ou tous moyens connus de l'homme de métier. Le couvre-culasse est préférentiellement réalisé en matériau thermoplastique moulé, par exemple en en-polyamide,-mais-tout-autrematériau peut être envisagé,- et en particulier des matériaux métalliques comme des alliages d'aluminium ou de magnésium. Le couvre culasse présente sur une de ses faces un logement, préférentiellement une rainure appelée gorge, dans laquelle est insérée le profilé d'étanchéité. Un procédé classique de fabrication d'un couvre-culasse est décrit par exemple dans le brevet français n 9809349. 2863677 Le procédé de fabrication d'une pièce comprenant un tel joint consiste à réaliser par injection un couvre-culasse dans lequel est prévu un logement destiné à recevoir un joint d'étanchéité, puis à réaliser par co-extrusion un jonc constitué de deux matériaux aux propriétés élastiques et imperméables aux hydrocarbures, à découper le jonc ainsi obtenu à la longueur correspondant au périmètre du logement dans le quel le joint doit s'insérer, et à l'insérer dans cette gorge tout en le comprimant légèrement. Le raccordement bout à bout du joint est assuré par des extrémités chevauchantes, de façon à assurer l'étanchéité sur toutes la longueur de la gorge. Au niveau du chevauchement la gorge est dimensionnée de façon à assurer une pression suffisante. On peut envisager plusieurs types de chevauchement. Un chevauchement dans lequel se sont les couches périphéries des extrémités du joint qui sont en contact l'une avec l'autre (représenté figure 7 et figure 12). Dans un autre cas ce sont les plans de section des extrémités du joint qui sont en contact l'une avec l'autre, ces plans de section pouvant être sensiblement perpendiculaires à la longueur du joint (représenté figure 10). Si les extrémités sont sectionnés selon des angles inférieurs à 90 , on obtient des plans de section de plus grande surface, ce qui pourra entraînera une plus grande surface de contact entre les 2 extrémités du joint et une meilleure étanchéité(représenté figures 8, 9 et 11). Dans ces 2 derniers cas, la géomét je du joint est identique sur toute sa périphérie, la gorge n'a donc pas de géométrie particulière au niveau du raccordement des extrémités du joint. Cette invention est donc particulièrement avantageuse puisqu'elle propose un profilé d'étanchéité satisfaisant les nouvelles normes environnementales et de conception simple 25 et économique. 35 2863677 REVENDICATIONS 1.Profilé d'étanchéité imperméable aux vapeurs d'hydrocarbures et destiné à une pièce de carterisation pour véhicule automobile, comprenant au moins une première partie et une seconde partie réalisées dans des matériaux ayant des propriétés physiques et mécaniques différentes caractérisé en ce les deux matériaux constituant chacune des partie présentent des propriétés élastiques et que l'un des deux matériaux présente de surcroît une faible perméabilité aux vapeurs d'hydrocarbures. 2. Profilé d'étanchéité selon la revendication 1 caractérisé en ce que les matériaux constituant chacune des deux parties appartiennent à la famille chimique des élastomères et présentent des duretés comprises entre 20 et 100 Shore A. 3. Profilé d'étanchéité selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'une des deux couches est réalisée en matériau élastomère thermodurcissable fluoro-carboné type FPM. 4.Profilé d'étanchéité selon l'une des revendications précédentes 1 caractérisé en ce que les deux parties sont reliées entre elles par des liaisons chimiques. 5. Profilé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il consiste en un jonc obtenu et assemblé à ses deux extrémités. 6. Profilé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend une section transversale en T, en U ou quadrilobe. 7. Profilé d'étanchéité selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il est réalisé par surmoulage des 2 matériaux. 8. Profilé d'étanchéité selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il est réalisé par co-extrusion des deux matériaux. 9. Pièce pour véhicule automobile comportant au moins un profilé d'étanchéité selon l'une des revendications précédentes. 10. Procédé de fabrication d'une pièce de cartérisation pour véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: réaliser par injection thermoplastique un couvre-culasse réaliser un profilé d'étanchéité selon la revendication 1 - insérer le profilé d'étanchéité dans la gorge prévue dans le couvre- culasse tout en comprimant légèrement le joint et en assurant la liaison bout à bout des deux extrémités du profilé.