Brevet FR2934804A1 — publié le 20100212

Procédé pour la fabrication d'un réservoir à carburant en matière plastique La présente invention concerne un procédé pour la fabrication d'un réservoir à carburant (RàC) en matière plastique. 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). La demanderesse a également développé un procédé particulier pour cette fixation (bouterollage in situ, objet des demande WO 2006/008308, FR 0756411 et PCT/EP2007/051326. 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 former in situ une bouterolle ou sorte de rivet/boulon, présente toutefois plusieurs inconvénient. 2934804 -2 La demanderesse a en effet constaté que pour que la matière puisse effectivement s'écouler dans l'orifice de bouterollage et éventuellement en déborder, il faut que cet orifice ait un diamètre supérieur au cm, voire au moins égal à 2 cm. Or, un seul point de fixation ne suffit généralement pas pour obtenir 5 une fixation fiable (pour en obtenir une ayant un isostatisme parfait, il faut idéalement disposer de 3 points de fixation qui définissent de manière univoque un plan de fixation pour la pièce, évitant par là d'obtenir une fixation bancale). Dès lors, cette technique ne convient pas pour des pièces de petites dimensions. En outre, dans le cas où les pièces à fixer sont lourdes, s'il s'avère en 10 pratique que le nombre d'orifices de bouterollage n'est pas suffisant pour pourvoir supporter le poids de la pièce sans endommager la paraison ou la paroi du réservoir, il faudra modifier profondément le moule de la pièce injectée, le moule du RàC et l'outillage de bouterollage, afin d'y insérer 1 ou 2 bouterolles supplémentaires. 15 La demanderesse a dès lors eu l'idée de munir ladite pièce d'excroissances de faibles dimensions de sorte que, lors de sa fixation par bouterollage sur la paraison qui va être en moulée sous la forme d'un RàC, ces excroissances vont fondre au moins partiellement pour créer une soudure locale (c.à.d. un enchevêtrement moléculaire de leurs molécules avec celles de la surface interne 20 de la paroi du réservoir). A cet effet, l'invention concerne un procédé pour la fabrication d'un réservoir à carburant en matière plastique muni d'un accessoire interne, par moulage d'une paraison à l'aide d'un moule comprenant deux empreintes et un noyau, ledit procédé comprenant les étapes suivantes: 25 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; 3. on ferme le moule de sorte que les empreintes viennent en contact étanche avec le noyau; 30 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 bouterollage à l'aide d'un dispositif solidaire du noyau; 6. on ouvre le moule pour retirer le noyau; 2934804 -3 7. on procède au moulage final de la paraison par soufflage (en injectant un fluide sous pression à l'intérieur de celle-ci) et/ou thermoformage (en aspirant sous vide derrière les empreintes); dans lequel l'accessoire comprend un orifice pour le bouterollage et au moins 5 une excroissance dont la matière constitutive, les dimensions et l'emplacement sont tels que lors de la fixation de l'accessoire par bouterollage, cette excroissance va fondre au moins partiellement pour former une soudure locale. Par réservoir à carburant, on entend désigner un réservoir étanche, apte à stocker du carburant dans des conditions d'utilisation et d'environnement diverses 10 et variées. Un exemple de ce réservoir est celui qui équipe les véhicules automobiles. Le réservoir à carburant selon l'invention est réalisé en matière plastique. Par matière plastique on désigne toute matière comprenant au moins un polymère en résine de synthèse. 15 Tous les types de matière plastique peuvent convenir. Des matières plastiques convenant bien appartiennent à la catégorie des matières thermoplastiques. Par matière thermoplastique, on désigne tout polymère thermoplastique, y compris les élastomères thermoplastiques, ainsi que leurs mélanges. On désigne 20 par le terme "polymère" aussi bien les homopolymères que les copolymères (binaires ou ternaires notamment). Des exemples de tels copolymères sont, de 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 25 température de fusion est inférieure à la température de décomposition conviennent. Les matières thermoplastiques de synthèse qui présentent une 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. 30 En particulier, on peut utiliser des polyoléfines, des polyesters thermoplastiques, des polycétones, des polyamides et leurs copolymères. Un 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 2934804 -4- 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). 5 La paroi du réservoir peut être constituée d'une seule couche de matière 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 10 maximum la perméabilité des liquides et des gaz en contact avec la surface 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 exemple (copolymère éthylène û acétate de vinyle partiellement hydrolysé). Alternativement, le réservoir peut être soumis à un traitement de surface 15 (fluoration ou sulfonation) ayant pour but de le rendre imperméable au carburant. Le réservoir selon l'invention 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 20 fondue qui est destinée à constituer la paroi du réservoir après moulage aux 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 25 préférée, ces pièces résultent de la découpe d'une seule et même paraison 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 30 obtenir deux parties (feuilles) séparées. 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 35 munie d'une filière à poinçon dont la position est réglable). Une telle paraison 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 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 l'invention comprend un noyau c.à.d. une pièce de taille et de forme appropriée pour pouvoir être insérée entre les empreintes du moule lorsque la 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 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 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). 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 dispositif solidaire du noyau qui comprend généralement un vérin. De manière préférée, le noyau permet de fixer plusieurs accessoires à l'intérieur du réservoir, ceux-ci étant de préférence pré-assemblés sur le noyau avant son insertion dans le moule à leur emplacement correspondant sur la paraison (voir la demande WO 2007/000454 susmentionnée). Selon l'invention, l'accessoire est fixé à la fois par bouterollage en au moins un point et par une soudure locale en au moins un autre point. Il est à cet effet muni d'au moins un orifice (généralement de section substantiellement circulaire ou oblongue) pour le bouterollage et d'au moins une excroissance pour 2934804 -6 la soudure locale. Cette excroissance doit être située à un endroit tel et avoir des dimensions telles que lors du bouterollage, elle fond au moins partiellement au contact de la matière plastique fondue constituant la paraison et éventuellement, y pénètre, alors que la partie de l'accessoire entourant ladite excroissance ne 5 fond (quasi) pas (si ce n'est éventuellement en surface selon sa matière constitutive). Cette partie joue de ce fait le rôle de surface d'arrêt permettant de limiter la pénétration globale de l'accessoire dans la paraison fondue (et ce faisant, d'éviter l'endommagement de la couche barrière du RàC, le cas échéant). Dans le cas où le RàC présente une structure multicouche incluant une 10 couche barrière, les dimensions et la forme de l'excroissance 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. 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. Dans cette variante, la zone de bouterollage de l'accessoire est de 25 préférence en retrait par rapport à la zone de soudure 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. L'accessoire selon l'invention peut être en tout matériau approprié pour sa fonction, à condition que l'excroissance susmentionnée soit en un matériau 30 identique à ou compatible avec celui de la surface interne du réservoir pour pouvoir réaliser la soudure locale. De manière tout particulièrement préférée, il s'agit d'un polymère similaire (de même nature; PEHD par exemple), mais ayant de préférence un indice de fluidité en fondu (MFI) plus élevé que celui du réservoir de sorte à y fondre plus facilement. Selon une variante avantageuse de 35 l'invention, l'accessoire comprend au moins une partie à base d'un matériau ayant une tenue thermique supérieure à celle du réservoir (par exemple: à base de 2934804 -7 PA (polyamide) ou de POM (polyoxyméthylène) lorsque le réservoir est en PEHD). Si l'accessoire est à base d'un matériau identique à ou compatible avec celui réservoir, l'excroissance peut être moulée d'une pièce avec lui. Toutefois, 5 selon une variante préférée, l'excroissance fait partie d'une pièce rapportée sur l'accessoire. Une manière de réaliser cela consiste à pratiquer un orifice dans la pièce (soit lors du moulage de celle-ci, soit par un usinage subséquent, ce qui est généralement plus pratique) à travers lequel on insère une pièce que par facilité, on qualifiera de �clips� par la suite. Cette variante présente comme avantage le 10 fait que l'accessoire peut être en une matière quelconque; il suffit que le clips soit en une matière compatible avec celle du RàC. Dans cette variante, le clips peut avoir une forme quelconque. Généralement, il comprend un couvercle (dôme) qui constitue ou comprend l'excroissance proprement dite et qui a généralement une section 15 substantiellement circulaire. Il peut s'agir d'un plateau ayant une surface plane et un bord effilé éventuellement recourbé, ou d'une couronne mince ayant de préférence ses deux bords recourbés pour doubler la résistance à l'arrachement de la soudure. L'accessoire fixé par le procédé selon l'invention peut comprendre des 20 sortes de pointes de soudure de préférence réparties de manière uniforme sur de(s) clips de soudure et/ou sur la pièce elle-même (si elle est en un matériau compatible avec celui du RàC). Dans le cas où la taille et le poids de l'accessoire le permettent, afin d'obtenir une fixation robuste et isostatique, on utilisera de préférence une 25 bouterolle et 2 clips soudés pour le fixer. Plus de points de fixation peuvent être requis en fonction de la taille et/ou du poids de l'accessoire. Généralement, ceux-ci sont déterminés de manière expérimentale. La présente invention concerne également un RàC muni d'un accessoire fixé sur sa paroi interne à l'aide d'au moins une bouterolle et d'au moins une 30 soudure délocalisée par rapport à ladite bouterolle. Cet accessoire peut être quelconque. Il peut par exemple s'agir d'un clapet, d'un module pompe-jauge, d'une capacité de séparation liquide/vapeur... L'invention donne de bons résultats avec les modules pompe-jauge ou leur support. - 8 L'invention est illustrée de manière non limitative par les figures 1 à 6 en annexe. Sur ces figures, les cotes sont données à titre exemplatif et des numéros identiques désignent des éléments identiques ou similaires. Les figures 1 à 4 en annexe illustrent des géométries préférées pour les clips de soudure mentionnés ci-dessus, et les figures 5 et 6 illustrent deux vues différentes d'un même accessoire destiné au procédé selon une variante de l'invention. Les clips illustrés dans les figures 1 à 4 comprennent tous 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: - d'un plateau (2) avec un bord effilé (3) dans la variante des figures 1 et 4; - d'un plateau (2') avec un bord effilé recourbé (3') dans la variante de la figure 2; - d'une couronne (2") avec un double bord recourbé (3") dans la variante de la figure 3, qui est préférée car doublant la résistance à l'arrachement de la soudure (de par la double soudure obtenue). Dans la variante illustrée à la figure 4, le clips comprend en outre des pointes (4) réparties de manière homogène sur le plateau (4) et qui vont créer des soudures locales additionnelles renforçant la résistance à l'arrachement du clips. Cette variante est donc également préférée. L'accessoire illustré dans les figures 5 et 6 est support de jauge qui comprend un orifice de bouterollage (5) et des reliefs ou trottoirs de soudure (6) disposés sur une surface d'arrêt (7) qui a pour but de limiter la pénétration de l'accessoire dans la matière plastique fondue. Comme on peut le voir sur cette figure, la zone de bouterollage entourant l'orifice (5) est en retrait de 1 mm par rapport à la surface d'arrêt (7) de sorte à ce que le bouterollage puisse se faire en même temps que la soudure et ce malgré qu'il ait lieu sur une zone en relief (dôme) de la paraison. Au droit de cette zone, les empreintes du moule (non représentées) présentent un bossage c.à.d. une zone en relief de forme complémentaire. REVENDICATIONS1 ù Procédé pour la fabrication d'un réservoir à carburant (RàC) en matière plastique muni d'un accessoire interne, par moulage d'une paraison à l'aide d'un moule comprenant deux 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; 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 bouterollage 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 fluide sous pression à l'intérieur de celle-ci) et/ou thermoformage (en aspirant sous vide derrière les empreintes); dans lequel l'accessoire comprend un orifice pour le bouterollage et au moins une excroissance dont la matière constitutive, les dimensions et l'emplacement sont tels que lors de la fixation de l'accessoire par bouterollage, cette excroissance va fondre au moins partiellement pour former une soudure locale. 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. 3 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le RàC présente une structure multicouche incluant une 2934804 - 10 - couche barrière et en ce que les dimensions et la forme de l'excroissance sont telles que celle-ci ne perce pas la couche barrière. 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'excroissance est à base d'un polymère de même nature 5 que celui constituant la surface interne du RàC mais présentant un indice de fluidité en fondu (MFI) plus élevé que celui-ci. 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'excroissance fait partie d'une pièce rapportée sur l'accessoire. 10 6 - Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la pièce rapportée est un clips inséré dans un orifice de l'accessoire. 7 - Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le clips comprend un couvercle qui constitue ou comprend l'excroissance et qui a la forme d'un plateau ayant une surface plane et un bord effilé éventuellement 15 recourbé, ou d'une couronne mince ayant de préférence ses deux bords recourbés. 8 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'accessoire est muni de pointes de soudure de préférence réparties de manière uniforme sur de(s) clips de soudure et/ou sur l'accessoire 20 lui-même 9 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'accessoire est fixé par 3 points de fixation consistant en une bouterolle et deux clips soudés. 10 ù Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, 25 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.