Brevet FR2904945A1 — publié le 20080222

La présente invention concerne un procédé de fabrication dans une seule étape d'un semi-produit composite thermoplastique avec décor intégré. Elle concerne également le semi-produit composite thermoplastique obtenu. État de l'art Les matériaux composites se développent par rapport aux autres matériaux comme les métalliques (acier, aluminium, magnésium, alliages légers) en forte croissance grâce à leurs belles performances (gain de poids, absence de corrosion, résistance à la fatigue, tenue aux chocs) et aussi grâce au gain de poids qu ils permettent sans oublier la liberté de design et l'intégration de fonctions. Leur évolution les a placés depuis les dernières trente années dans tous les secteurs d'application comme l'aéronautique, le nautisme, les sports et loisirs et l'automobile. Toutefois il reste encore une étape importante à franchir lorsque les pièces réalisées nécessitent un état de surface (pièces d'aspect : exemple de la classe A dans le secteur de la carrosserie automobile) ou une mise en décor (articles de sports).Cette dernière étape est souvent longue en temps car elle nécessite des opérations de reprise ultérieures : préparation de la surface à peindre, souvent un bouche-porage, apprêtage avec un primaire d'adhérence, adjonction d'un film de collage pour un décor, etc. Les différentes étapes ont évidemment un coût qui peut avoisiner le coût de la pièce brute tombée de son outillage. Si ces opérations de décoration sont maîtrisées à ce jour pour les matériaux composites thermodurcissables (résines époxydes, polyesters) avec des contraintes au niveau de la taille des séries qui restent faibles à moyennes comme décrit dans le brevet CA 2329125 et également pour les matériaux thermoplastiques mis en oeuvre par injection comme décrit dans les brevets HK142294 et CA 2171673 pour des séries plus industrielles. Ceci n'est pas encore le cas pour la décoration des matériaux composites thermoplastiques mise en oeuvre par compression. Des solutions sont proposées comme décrit dans le brevet TW504470B pour réaliser un support décor sur film silicone modifié, solution lourde et coûteuse ou comme décrit dans le brevet US5261984 ou les opérations restent unitaires avec placement individuel du décor et du pré-imprégné dans un moule. 2904945 2 La réalisation de pièces thermoplastiques décorées en une étape 3D devient impossible lorsque leur forme est non développable car les décors usuels type film décor sont à leur limites d'utilisation : soit le film se mets à baver lors de l'étape de consolidation, soit le film va se rompre lors de la 5 mise en forme de la pièce. Ce type de pièces dont la géométrie est non développable se rencontre de plus en plus vue l'audace des designers aussi bien dans le domaine automobile que dans le domaine des articles de sports et loisirs. Description de l'Invention 10 L'objet de l'invention est d'apporter dans le cadre des matériaux composites thermoplastiques mis en oeuvre par compression une solution efficace et peu coûteuse pour le décor de pièces de grande série et de résoudre le problème posé par la décoration de pièces thermoplastiques à géométrie non développable. 15 Le procédé de fabrication concerné comprend les étapes dans lesquelles le décor et le renfort composite thermoplastique sont assemblés au cours d'une seule et même opération et le semi-produit ainsi obtenu est réchauffé et transformé en pièces 2D ou 3D par compression. Selon l'invention, le décor est un tissu imprimé réalisé à base de fil 20 thermoplastique. Suivant ce procédé, il est possible de réaliser en continu ou semi-continu et en une seule étape le semi-produit stratifié thermoplastique avec son décor. De même des pièces 2D ou 3D peuvent être moulées à la presse en une seule étape à partir de ce semi-produit. La pièce décorée ainsi réalisée est par 25 ailleurs d'excellente qualité avec une surface brillante, une résistance à la rayure élevée, le décor faisant partie intégrante de la structure et est de nature à éviter les problèmes de délaminage, de fissures ou de déformation exagérée du décor, source importante de rebut et donc de coût de fabrication. Les pièces 2D ou 3D réalisées présentent un décor de grande qualité de 30 brillance, de résistance à la rayure, de tenue dans le temps. Les pièces 3D à géométrie non développable sont réalisées sans défaut au niveau du décor. Les pièces 2D ou 3D sont utilisables en grande série comme dans le secteur automobile ou du sport et loisirs. 2904945 3 Selon un autre aspect de l'invention, le fil thermoplastique présente un faible taux de rétraction thermique. Selon un autre aspect de l'invention, le fil thermoplastique est du polyester type PET. 5 Selon un autre aspect de l'invention, le procédé est continu ou semicontinu et autorise des vitesses élevées de 30 à 200 mlheure. Selon un autre aspect de l'invention, le procédé est continu ou semicontinu, et l'étape d'assemblage est un calandrage à l'aide d'une presse chauffante à fonctionnement continu ou semi-continu. 10 Selon un autre aspect de l'invention, les semi-produits réalisés se présentent sous la forme de plaques ou de profils Selon un autre aspect de l'invention, les pièces 2D ou 3D sont réalisées et décorées en une seule étape à partir de ces semi-produits. Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, une presse (5) 15 chauffante à bandes (continu) ou à intervalles (semi-continu) est alimentée avec des rouleaux de matériaux suivants : • Film de papier siliconé (1) • Pré-imprégné à base de renforts de fibres (2) type verre, aramide, carbone ou autre fibre dite de renfort sous toutes les formes connues de 20 l'homme de l'art et de résine thermoplastique type PE, PP, PET, PA 6, PA6.6, PA 12, PC, TPU, ABS,etc. • Tissu de fil synthétique (3), caractérisé par le fait que le fil est à faible taux de rétractation thermique et réalisé à partir des polymères suivants PP,PET,PBT, PA ou de leur famille, le choix s'effectue en regard des 25 autres polymères de la matrice du matériau composite thermoplastique et des conditions de mise en oeuvre. Le grammage est compris entre 40 et 250g/m2. Le décor est apporté par les moyens classique et connu de l'homme de l'art (offset, transfert, jet d'encre, etc.). • Film plastique optionnel (4) de protection contre les UV, les éraflures 30 type classiques utilisés comme le PA, PC ou PET. L'ensemble des matériaux (1), (2), (3) et (4) est chauffé sous pression et consolidé lors du refroidissement dans la presse pour former un semi-produit (6) sous forme de plaque dans l'exemple choisi. 2904945 4 L'invention n'est pas limitative à la fabrication de plaques et peut également se décliner à d'autres formes de semi-produits comme par exemple des profils. Les réglages (pression, température, vitesse de défilement) de la presse 5 pour une bonne mise en oeuvre de l'invention seront établis en fonction des matériaux travaillés. D'une manière générale la demanderesse a découvert que les réglages d'une vitesse élevée et d'un refroidissement rapide sont des facteurs-clés et importants de réussite pour un décor parfait. Ce procédé rapide donne à 10 l'invention son grand intérêt économique. A titre indicatif et non limitatif les valeurs de travail sont : • pour les semi-produits : la pression de travail de la presse est de 3 à 5 bars, la température de chauffe de 230-250 C et les vitesses de passage de 30 à 200 mll heure. 15 • Pour les pièces moulées à la presse à partir de ces semi-produits : pression de 1 à 20 bars, température 220-250 C, temps de séjour 15 secondes à 3 minutes. Les pièces décorées obtenues présentent des propriétés inégalées par rapport à ce qu 'il est possible d'atteindre avec les procédés de décoration 20 classiquement utilisés car une mise en peinture classique utilise des polymères dont les caractéristiques techniques (réticulation) rende le film de peinture cassant (fissures dans le temps sous la sollicitation) et incompatible avec les pièces thermoplastiques. De plus ceci nécessite une opération supplémentaire de vernissage pour obtenir une résistance aux griffures. 25 L'invention permet en autre de réaliser des pièces décorées sur des composites thermoplastiques PE ou PP pour lesquelles la voie classique de mise en peinture ne fonctionne pas ou mal (accrochage difficile ou emploi de primaire d'adhérence) et donc une opération supplémentaire ! A titre illustratif et non limitatif de la présente invention quelques 30 exemples d'application : • Exemple 1 : semi-produit = Plaque en PP/gf (fibre de verre) avec décor tissu (PET) ; transformation en pièce finale décorée =pagaie de canoë kayak 2904945 5 • Exemple 2 : semi-produit = Plaque en PA/gf (fibre de verre) avec décor tissu (PET) ; transformation en pièce finale décorée = ski • Exemple 3 : semi-produit = profil en PA/cf (fibre de carbone) avec décor tissu (PET) et film de protection PA ; transformation en pièce finale 5 décorée = raquette de tennis • Exemple 4:semi-produit= Plaque en PP/gf avec décor tissu PET, transformation en spoiler pour automobile • Exemple 5 :semi-produit= Plaque en PP/gf avec décor tissu PET, transformation en siège bébé automobile. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication dans une seule et même étape d'un semi-produit composite thermoplastique avec décor intégré, dans lequel le décor et le renfort composite thermoplastique sont assemblés au cours d'une seule et même étape et le semi-produit ainsi obtenu est réchauffé et transformé en pièces 2D ou 3D par compression, caractérisé par le fait que le décor est un tissu imprimé réalisé à base de fil thermoplastique. 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le fil thermoplastique présente un faible taux de rétraction 10 thermique. 3. Procédé de fabrication selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le fil thermoplastique est du polyester type PET. 4. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le procédé est continu ou semi-continu et autorise des vitesses 15 élevées de 30 à 200 m/heure. 5. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le procédé est continu ou semi-continu, et en ce que l'étape d'assemblage est un calandrage à l'aide d'une presse chauffante à fonctionnement continu ou semi-continu. 20 6. Procédé de fabrication selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les semi-produits réalisés se présentent sous la forme de plaques ou de profils 7. Procédé de fabrication selon la revendication 6 caractérisé par le fait que les pièces 2D ou 3D sont réalisées et décorées en une seule étape 25 à partir de ces semi-produits.