Brevet FR2934805A1 — publié le 20100212

Procédé pour fixer un accessoire dans un corps creux en matière plastique lors de son moulage La présente invention concerne un procédé pour fixer un accessoire dans un corps creux en matière plastique (et en particulier, un corps creux destiné à un véhicule automobile) lors de sa fabrication par moulage et utilisant un connecteur particulier. Les réservoirs à carburant embarqués dans les véhicules de nature diverse doivent généralement satisfaire à des normes d'étanchéité et de perméabilité en rapport avec le type d'usage pour lequel ils sont conçus et les exigences en matière d'environnement qu'ils doivent respecter. On assiste actuellement, tant en Europe que dans le reste du monde, à un renforcement considérable des exigences concernant la limitation des émissions de polluants dans l'atmosphère et la nature en général. Pour limiter ces émissions, on a songé notamment à positionner les accessoires (lignes de ventilation, clapets, baffles, raidisseurs...) à l'intérieur du réservoir et/ou de la tubulure de remplissage (voir notamment la demande WO 2004/024487 au nom de la demanderesse). Toutefois, lorsque ces éléments sont fixés au réservoir après moulage de ce dernier, il est généralement nécessaire de pratiquer au moins une ouverture dans le réservoir pour pouvoir y introduire et y fixer lesdits éléments. D'où des problèmes d'étanchéités potentiels au voisinage de cette ouverture. La demanderesse a dès lors développé il y quelques années un procédé de moulage au départ d'une paraison découpée (en 2 parties) pour pouvoir y introduire et y fixer des accessoires lors même du moulage du réservoir et ainsi, éviter le perçage d'ouvertures (voir le brevet EP 1110697 au nom de la demanderesse). Il est par ailleurs connu de recourir à des pièces intermédiaires ou connecteurs pour réaliser cette fixation. Cette manière de procéder permet en effet de fixer aisément dans le réservoir, des pièces à base d'un matériau différent de celui constituant la surface interne du réservoir. Il suffit pour cela de choisir un connecteur en une matière qui est elle compatible avec celle du réservoir et de le munir de moyens de solidarisation avec ledit accessoire (pattes de fixations, partie d'un raccord de type �quick connect�...). 2934805 -2 Ainsi, la demande US 6,726,967 propose un connecteur comprenant un corps, des pétales de soudure s'évasant en corolle à partir de ce corps et un mécanisme de couplage (moyens de solidarisation) pour un accessoire. Ce connecteur présente toutefois plusieurs inconvénients: 5 - il est encombrant et réduit la hauteur utile du réservoir dans le cas (fréquent) où l'accessoire doit être situé dans la poche gazeuse surplombant le liquide (et non être immergé) - il est relativement lourd et grève le poids du réservoir (et ce faisant, celui du véhicule auquel il est destiné) 10 - une bonne qualité de soudure requiert un design relativement compliqué des pétales de soudure. La présente invention vise à résoudre ces problèmes en fournissant un connecteur dont l'encombrement et le poids sont réduits et qui permet d'obtenir une bonne qualité de soudure malgré un design simple. 15 A cet effet, l'invention concerne un procédé pour fixer un accessoire dans un corps creux obtenu par moulage d'une paraison en matière plastique fondue et utilisant un connecteur en matière plastique comprenant des moyens de couplage pour l'accessoire et une surface d'arrêt destinée à limiter la pénétration du connecteur dans la matière plastique fondue, selon lequel on munit la surface 20 d'arrêt d'une double lèvre recourbée et on soude le connecteur sur la paroi interne de la paraison à l'aide de cette lèvre. Le recours à une telle double lèvre (ou pièce d'un seul tenant ayant deux bords concentriques recourbés) permet de double la résistance à l'arrachement de la soudure et ce avec peu de matière et via une pièce facile à mouler d'un seul 25 tenant avec, ou à fixer sur, le raccord. A noter que cette lèvre ne doit pas forcément être pleine mais peut comprendre des fentes ou autres ouvertures/perforations de forme quelconque. Le corps creux auquel s'applique l'invention est de préférence un réservoir pour un véhicule automobile et destiné à contenir du carburant, un additif anti- 30 pollution ou tout autre liquide embarqué sur le véhicule. Il peut s'agir d'un réservoir à carburant (RàC) ou à urée (additif servant à épurer les gaz d'échappement en NOx). Il s'applique particulièrement bien aux RàC. Par RàC, on entend désigner un réservoir étanche, apte à stocker du carburant dans des conditions d'utilisation et d'environnement diverses et variées. Un exemple de ce réservoir est celui qui équipe les véhicules automobiles. 2934805 -3 Par matière plastique on désigne toute matière comprenant au moins un polymère en résine de synthèse. Tous les types de matière plastique peuvent convenir. Des matières plastiques convenant bien appartiennent à la catégorie des matières 5 thermoplastiques. Par matière thermoplastique, on désigne tout polymère thermoplastique, y compris les élastomères thermoplastiques, ainsi que leurs mélanges. On désigne par le terme "polymère" aussi bien les homopolymères que les copolymères (binaires ou ternaires notamment). Des exemples de tels copolymères sont, de 10 manière non limitative : les copolymères à distribution aléatoire, les copolymères séquencés, les copolymères à blocs et les copolymères greffés. Tout type de polymère ou de copolymère thermoplastique dont la température de fusion est inférieure à la température de décomposition conviennent. Les matières thermoplastiques de synthèse qui présentent une 15 plage de fusion étalée sur au moins 10 degrés Celsius conviennent particulièrement bien. Comme exemple de telles matières, on trouve celles qui présentent une polydispersion de leur masse moléculaire. En particulier, on peut utiliser des polyoléfines, des polyesters thermoplastiques, des polycétones, des polyamides et leurs copolymères. Un 20 mélange de polymères ou de copolymères peut aussi être utilisé, de même qu'un mélange de matières polymériques avec des charges inorganiques, organiques et/ou naturelles comme, par exemple, mais non limitativement : le carbone, les sels et autres dérivés inorganiques, les fibres naturelles ou polymériques. Il est également possible d'utiliser des structures multicouches constituées de couches 25 empilées et solidaires comprenant au moins un des polymères ou copolymères décrits supra. Un polymère souvent employé est le polyéthylène. D'excellents résultats ont été obtenus avec du polyéthylène haute densité (PEHD). La paroi du réservoir peut être constituée d'une seule couche de matière 30 thermoplastique ou de deux couches. Une ou plusieurs autres couches supplémentaires possibles peuvent, de manière avantageuse, être constituées de couches en matériau barrière aux liquides et/ou aux gaz. De préférence, la nature et l'épaisseur de la couche barrière sont choisies de manière à limiter au maximum la perméabilité des liquides et des gaz en contact avec la surface 35 intérieure du réservoir. De préférence, cette couche est à base d'une résine barrière c'est-à-dire d'une résine imperméable au carburant telle que l'EVOH par 2934805 -4 exemple (copolymère éthylène û acétate de vinyle partiellement hydrolysé). Alternativement, le réservoir peut être soumis à un traitement de surface (fluoration ou sulfonation) ayant pour but de le rendre imperméable au carburant. Lorsque le réservoir selon l'invention est un réservoir à carburant, il 5 comprend de préférence une couche barrière à base d'EVOH située entre des couches externes à base de PEHD. Selon l'invention, on réalise le réservoir par moulage d'une paraison. Par paraison, on entend une préforme, généralement extrudée, de matière plastique fondue qui est destinée à constituer la paroi du réservoir après moulage aux 10 formes et dimensions requises. Cette préforme ne doit pas nécessairement être d'une seule pièce. Ainsi, avantageusement, la paraison est en fait constituée de deux pièces séparées, qui peuvent être deux feuilles par exemple. Toutefois, de manière préférée, ces pièces résultent de la découpe d'une seule et même paraison 15 tubulaire extrudée tel que décrit dans la demande EP 1110697 susmentionnée, Selon cette variante, après l'extrusion d'une paraison unique, celle-ci est découpée sur toute sa longueur, selon deux lignes diamétralement opposées, pour obtenir deux parties (feuilles) séparées. 20 Par rapport au moulage de deux feuilles extrudées séparément, et dont l'épaisseur est constante, cette manière de procéder permet d'utiliser des paraisons d'épaisseur variable (c'est-à-dire non constante sur leur longueur), obtenues grâce à un dispositif d'extrusion adéquat (généralement, une extrudeuse munie d'une filière à poinçon dont la position est réglable). Une telle paraison 25 tient compte de la réduction d'épaisseur qui a lieu lors du moulage à certains endroits de la paraison, suite aux taux de déformation non constants de la matière dans le moule. Après moulage d'une paraison en deux pièces, celles-ci constituent généralement les parois inférieure et supérieure respectivement du réservoir à 30 carburant, chacune ayant une surface interne (dirigée vers l'intérieur du réservoir) et une surface externe (dirigée vers l'extérieur du réservoir). Le moule utilisé dans le procédé selon cette variante de l'invention comprend de préférence un noyau c.à.d. une pièce de taille et de forme appropriée pour pouvoir être insérée entre les empreintes du moule lorsque la 35 paraison s'y trouve et venir y fixer les composants internes au réservoir sans que les bords de la paraison ne se soudent (puisque le noyau doit être retiré avant le -5 moulage final du réservoir, étape au cours de laquelle la soudure des parties de paraison a lieu). Une telle pièce (noyau) est par exemple décrite dans le brevet GB 1,410,215 Ce moule comprend également de préférence deux empreintes destinées à être en contact avec la surface externe de la paraison, le moulage de la paraison ayant lieu par soufflage (plaquage de la paraison sur ces empreintes à l'aide d'un gaz sous pression injecté à l'intérieur de la paraison) et/ou par thermoformage (tirage sous vide derrière les empreintes du moule). De manière préférée, il a lieu par soufflage mais en aspirant (tirant sous vide) de préférence également derrière les empreintes pour maintenir la paraison dans le moule lorsque celui-ci n'est pas fermé et sous pression. Dès lors, il comprend de préférence une étape de dégazage préalablement à l'étape (6) du procédé qui sera décrit ci-dessous. Généralement, pour se faire, on perce d'abord la paraison (par exemple en la piquant avec une aiguille) et ensuite, on évacue le fluide du moule (par exemple à l'aide d'une vanne). Dans le procédé selon l'invention, l'accessoire est fixé sur la surface interne de la paraison grâce à un connecteur et ce de préférence après que la paraison ait été pré-soufflée c.à.d. collée aux empreintes du moule. Dans la variante explicitée ci-dessus selon laquelle la paraison est en 2 parties et est moulée à l'aide d'un moule comprenant des empreintes et un noyau, ce connecteur est avantageusement soudé à la paroi interne de la paraison à l'aide d'un dispositif solidaire du noyau qui comprend généralement un vérin. Dès lors, une variante particulièrement préférée de procédé selon l'invention comprend les étapes suivantes: 1. on introduit la paraison dans les empreintes du moule; 2. on introduit le noyau à l'intérieur de la paraison, ledit noyau ayant été au préalable muni de l'accessoire et de son connecteur; 3. on ferme le moule de sorte que les empreintes viennent en contact étanche avec le noyau; 4. on plaque la paraison sur les empreintes par soufflage au travers du noyau et/ou aspiration sous vide derrière les empreintes ; 5. on fixe l'accessoire à la paraison par soudure du connecteur à l'aide d'un dispositif solidaire du noyau ; 6. on ouvre le moule pour retirer le noyau ; 2934805 -6 7. on procède au moulage final de la paraison par soufflage (en injectant un gaz sous pression à l'intérieur de celle-ci) et/ou thermoformage (en aspirant sous vide derrière les empreintes). Le mécanisme de couplage entre le connecteur et l'accessoire permet de 5 préférence d'assurer une liaison rapide entre les deux éléments. Il peut s'agir de pattes de fixation (de préférence relativement flexibles), d'une connexion dite �en sapin�... Selon une variante préférée de l'invention, le connecteur à la forme d'un clips comprenant des pattes de fixation s'étendant d'une plaque substantiellement plane comprenant ladite surface d'arrêt. Cette plaque a de 10 préférence une section substantiellement circulaire. De manière tout particulièrement préférée, cette plaque est creuse en son centre c.à.d. qu'il s'agit en fait d'une couronne plane (ou bague aplatie). Cette variante est particulièrement avantageuse car elle permet d'obtenir une grande résistance à l'arrachement du connecteur et ce avec un minimum de matière. De manière tout 15 particulièrement préférée, car très simple de conception, la double lèvre est en fait constituée par un prolongement des bords externes et internes de la couronne, ces bords étant de préférence effilés (c.à.d. que leur épaisseur en périphérie est plus faible que l'épaisseur de la couronne). Un tel clips est particulièrement léger et facile à mouler par exemple par injection. 20 Une manière d'utiliser un tel clips consiste à prévoir un orifice dans l'accessoire (soit directement lors de sa fabrication, soit par un usinage subséquent, ce qui est généralement plus pratique) à travers lequel on insère ledit clips que l'on va alors souder à la paraison par sa double lèvre, après l'avoir accroché au bord de l'orifice par exemple à l'aide de ses pattes de fixation, le cas 25 échéant, munies d'une géométrie adéquate à cet effet. L'accessoire dont il est question dans le cadre de l'invention peut être un clapet, d'un bac de réserve, d'un (support de) module pompe-jauge, d'une capacité de séparation liquide/vapeur... Il peut en particulier s'agir d'un support de clapet, de jauge, d'un bac de réserve ou d'un support de module pompe-jauge. 30 Dans le procédé selon l'invention, le connecteur et l'accessoire sont de préférence rendus solidaires à l'aide du mécanisme de couplage avant la soudure du connecteur dans la paraison. Cela n'est toutefois pas nécessairement le cas lorsque qu'il s'agit de composants dont la taille et l'emplacement sont tels qu'ils peuvent être montés sur le connecteur par la suite - par exemple : dans le cas de 35 clapets de ventilation situés près d'un orifice de maintenance du RàC (par exemple: l'orifice qui est obturé par la platine d'un module pompe-jauge). 2934805 -7 Le procédé selon l'invention peut n'utiliser qu'un seul connecteur tel que décrit ci-dessus si la taille et le poids de l'accessoire le permettent, ou plusieurs dans le cas contraire. Pour des objets encombrants et/ou de grande taille, selon une variante 5 avantageuse de l'invention, l'accessoire est fixé sur la paraison à la fois par soudure de la double lèvre du connecteur et par bouterollage. Cette technique, qui est courante dans le domaine de la métallurgie et qui consiste à mouler un rivet in situ, à partir de matière fondue que l'on laisse s'écouler dans et/ou à travers un orifice de la pièce à fixer et puis, que l'on laisse se solidifier de sorte à 10 former in situ une bouterolle ou sorte de rivet/boulon. Dans ce cas, la double lèvre du connecteur doit être située à un endroit tel et avoir des dimensions telles que lors du bouterollage, elle fond au moins partiellement et permet d'effectuer la soudure du connecteur. Selon une variante particulièrement préférée (car réduisant les distorsions 15 qui peuvent survenir suite à la compression locale de la matière lors du bouterollage et/ou suite au retrait de la paraison suite à son refroidissement), le bouterollage a lieu au droit d'un relief (sorte de dôme) dans la paroi du réservoir qui est concave vu de l'extérieur du réservoir, et convexe vu de l'intérieur. En pratique, ce relief peut être réalisé à l'aide d'un bossage dans les empreintes du 20 moule. Ses dimensions sont tributaires de la géométrie du réservoir et de l'accessoire, en particulier dans la zone de l'orifice de bouterollage. Généralement, il a un diamètre de quelques centimètres, par exemple de 2 à 5 cm, et une hauteur allant de 1 à 15 mm, de préférence de 2 à 8 mm. L'orifice de bouterollage quant à lui de préférence un diamètre supérieur au cm, voire au 25 moins égal à 2 cm. Dans cette variante, la zone de bouterollage de l'accessoire est de préférence en retrait par rapport à la surface d'arrêt du connecteur de sorte que, lorsque l'accessoire est mis en contact avec la paraison pour y être fixé, le bouterollage dans la zone en relief (dôme) et la soudure aient lieu simultanément. 30 Dans le cas où le réservoir selon l'invention présente une structure multicouche incluant une couche barrière, les dimensions et la forme de la lèvre sont de préférence telles que celle-ci ne perce pas la couche barrière. En particulier, il est préférable que l'excroissance ne protrude pas (ne soit pas en saillie) de plus de 2 mm, voire 1.5 mm par rapport à la surface de l'accessoire. 35 La présente invention concerne également un connecteur en matière plastique tel que décrit précédemment et ayant la forme d'un clips comprenant 2934805 -8 des pattes de fixation s'étendant d'une couronne plane munie d'une double lèvre constituée par un prolongement de ses bords externes et internes, qui sont de préférence effilés. La figure 1 en annexe illustre l'invention de manière non limitative. Sur 5 cette figure, les cotes sont données à titre exemplatif et des numéros identiques désignent des éléments identiques ou similaires. Elle illustre en fait une géométrie préférée de connecteur qui est celle d'un clips ayant des pattes de fixation (1) qui sont destinées à être insérées dans un orifice de l'accessoire à fixer (non représenté) et un couvercle qui a la forme 10 d'une couronne plane (2") avec un double bord recourbé et effilé (3") qui double la résistance à l'arrachement de la soudure (de par la double soudure obtenue). REVENDICATIONS1 ù Procédé pour fixer un accessoire dans un corps creux obtenu par moulage d'une paraison en matière plastique fondue et utilisant un connecteur en matière plastique comprenant des moyens de couplage pour l'accessoire et une surface d'arrêt destinée à limiter la pénétration du connecteur dans la matière plastique fondue, selon lequel on munit la surface d'arrêt d'une double lèvre recourbée et on soude le connecteur sur la paroi interne de la paraison à l'aide de cette lèvre. 2 - Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la paraison est constituée de deux pièces séparées issues d'une seule et même paraison tubulaire extrudée découpée sur toute sa longueur, selon deux lignes diamétralement opposées, et qui est moulée à l'aide d'un moule comprenant des empreintes et un noyau, ledit procédé comprenant les étapes suivantes: 1. on introduit la paraison dans les empreintes du moule; 2. on introduit le noyau à l'intérieur de la paraison, ledit noyau ayant été au préalable muni de l'accessoire et de son connecteur; 3. on ferme le moule de sorte que les empreintes viennent en contact étanche avec le noyau; 4. on plaque la paraison sur les empreintes par soufflage au travers du noyau et/ou aspiration sous vide derrière les empreintes ; 5. on fixe l'accessoire à la paraison par soudure du connecteur à l'aide d'un dispositif solidaire du noyau ; 6. on ouvre le moule pour retirer le noyau ; 7. on procède au moulage final de la paraison par soufflage (en injectant un gaz sous pression à l'intérieur de celle-ci) et/ou thermoformage (en aspirant sous vide derrière les empreintes). 3 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le connecteur à la forme d'un clips comprenant des pattes 2934805 - 10 - de fixation s'étendant d'une plaque substantiellement plane comprenant la surface d'arrêt. 4 - Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la plaque a la forme d'une couronne plane (ou bague aplatie). 5 5 - Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la double lèvre est constituée par un prolongement des bords externes et internes de la couronne, qui sont effilés. 6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'accessoire est fixé sur la paraison à la fois par soudure de 10 la double lèvre du connecteur et par bouterollage. 7 - Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le bouterollage a lieu au droit d'un relief dans la paroi du réservoir qui est concave vu de l'extérieur du réservoir, et convexe vu de l'intérieur. 8 - Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la 15 paraison est moulée à l'aide d'un moule comprenant des empreintes et en ce que le relief est réalisé à l'aide d'un bossage dans ces empreintes. 9 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que l'accessoire comprend une zone de bouterollage qui est en retrait par rapport à la surface d'arrêt du connecteur. 20 10 ù Connecteur en matière plastique ayant la forme d'un clips comprenant des pattes de fixation s'étendant d'une couronne plane munie d'une double lèvre constituée par un prolongement de ses bords externes et internes, qui sont de préférence effilés.