Brevet FR2924976A1 — publié le 20090619

Procédé de soudage par vibration entre deux pièces thermoplastiques présentant des températures de fusion différentes [0001]. La présente invention concerne un procédé de soudage par vibration entre deux pièces thermoplastiques présentant des températures de fusion différentes. L'invention a notamment pour but d'améliorer l'adhésion entre les deux pièces à l'endroit de la soudure. [0002]. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, pour le soudage d'un volet de renfort sur la surface interne d'un volet de la planche de bord d'un airbag. [0003]. Plus précisément, les véhicules automobiles comportent généralement un airbag qui se déploie du tableau de bord à travers une ouverture fermée par un volet de planche de bord. Ce volet de planche de bord, réalisé en matériau plastique dur, comporte une surface externe correspondant à la surface de la planche de bord visible par le passager et une surface interne, non visible, opposée à la surface externe. [0004]. Un volet de renfort réalisé en matériau plastique souple est attaché à la surface interne du volet de planche de bord. Ce volet de renfort comporte un système de charnière permettant au volet de planche de bord de s'ouvrir en cas de déploiement du sac de l'airbag. [0005]. Le volet de renfort est attaché par un procédé de soudage à vibration au volet de planche de bord. A cet effet, les deux pièces (le volet de planche de bord et le volet de renfort) sont plaquées l'une contre l'autre et entrent en friction l'une contre l'autre suivant une direction de vibration. On crée ainsi un échauffement local des matériaux qui fait fondre les matériaux à l'endroit du contact entre les deux pièces, ces matériaux ayant alors tendance à se mélanger. En refroidissant, les matériaux se solidifient et créent une liaison solide entre les deux pièces. [0006]. Toutefois, en raison de la différence de température de fusion 30 entre le matériau plastique dur et le matériau plastique souple (le matériau plastique souple du type élastomère a une température de fusion inférieure à celle du matériau plastique dur du type polypropylène), la quantité de matériau souple fondu est plus grande que la quantité de polypropylène fondu à l'endroit de la jonction entre les deux pièces. Ce manque d'équilibre dans les quantités de matériau fondu engendre un recollement d'un matériau dans l'autre à l'endroit de la soudure, et donc une fragilité de la liaison entre les deux pièces. [0007]. L'invention propose notamment une solution permettant d'obtenir un meilleur équilibre dans les proportions de matériau fondu au niveau des surfaces en frottement afin d'améliorer l'accroche mécanique entre les pièces. [0008]. A cet effet, on modifie l'état de surface des pièces à l'endroit de la jonction entre les pièces. En particulier, on rend rugueux la surface de la pièce ayant la température de fusion la plus basse (ici le volet de renfort) afin d'augmenter sa capacité d'abrasion. [0009]. Ainsi, lorsque les deux pièces entreront en frottement l'une contre l'autre, la pièce ayant la température de fusion la plus basse va abraser la surface de la pièce ayant la température de fusion la plus élevée, de sorte que les deux matériaux vont se mélanger de manière équilibrée. Ainsi, lors de la phase de friction, les deux matériaux pourront atteindre chacun leur température de fusion. Après solidification des matériaux, une liaison rigide dans laquelle les matériaux sont mélangés de manière équilibrée se forme entre les pièces en contact. [00010]. Autrement dit, dans l'invention, on réalise une phase d'abrasion de la pièce ayant la température de fusion la plus élevée avant d'effectuer la phase de friction, afin de permettre aux matériaux d'atteindre leur température de fusion et d'équilibrer ainsi le mélange des matériaux fondus. [00011]. L'augmentation des capacités abrasives de la pièce ayant la température de fusion la plus basse est effectuée en ménageant des grains ou des stries sur sa surface. Les grains peuvent présenter une forme arrondie ou pointue, tandis que les stries s'étendent suivant une direction perpendiculaire à la direction de vibration. [00012]. De préférence, on positionne des cordons de soudure sur la pièce ayant la température de fusion la plus basse afin d'augmenter l'énergie de friction à l'endroit de ces cordons, la surface rugueuse étant alors ménagée dans la surface des cordons de soudure. [00013]. En variante, afin de faciliter l'abrasion de la pièce ayant la température de fusion la plus élevée, il est également possible de ménager des grains ou des stries dans la face de ladite pièce ayant la température de fusion la plus élevée. Toutefois, ces reliefs sont ménagés de sorte que les capacités d'abrasion sont inférieures à celles de la pièce ayant la température de fusion la plus basse. [00014]. L'invention concerne donc un procédé pour souder par vibration deux pièces en matériau thermoplastique présentant des températures de fusion différentes, ces deux pièces comportant des faces en regard l'une de l'autre destinées à être soudées entre elles, ce procédé comportant les étapes suivantes : - presser les faces des deux pièces l'une contre l'autre, - faire vibrer les deux pièces l'une par rapport à l'autre suivant une direction de soudage lors d'une phase de friction de manière à créer un échauffement local à l'endroit de la jonction entre les faces des pièces en contact, cet échauffement ayant tendance à faire fondre lesdites pièces à l'endroit de ladite jonction, et - arrêter la vibration entre les pièces et attendre jusqu'à ce que les matériaux des pièces se solidifient afin de former une liaison solide entre les pièces, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape suivante : - modifier l'état de surface de la face de la pièce ayant la température de fusion la plus basse, de manière qu'elle présente un état de surface rugueux qui augmente ses capacités d'abrasion. [00015]. Selon une mise en oeuvre, au moins un cordon de soudure étant positionné sur la face de la pièce ayant la température de fusion la plus basse, l'état de surface rugueux est ménagé sur le cordon de soudure. [00016]. Selon une mise en oeuvre, pour obtenir un état de surface rugueux, on ménage des grains sur la face de la pièce ayant la température de fusion la plus basse. [00017]. Selon une mise en oeuvre, les grains présentent une hauteur 5 comprise entre 0.05mm et 0.5mm. [00018]. Selon une mise en oeuvre, pour obtenir un état de surface rugueux, on ménage des stries dans la face de la pièce, ces stries s'étendant suivant une direction perpendiculaire à la direction de vibration. [00019]. Selon une mise en oeuvre, les stries présentent une hauteur 10 comprise entre 0.05mm et 0.5mm et présentent entre elles un écart compris environ entre un demi-millimètre et 5mm. [00020]. Selon une mise en oeuvre, la pièce ayant la température de fusion la plus haute présente également une face rugueuse, la rugosité de cette face étant inférieure à celle de la face de la pièce ayant la température de 15 fusion la plus basse. [00021]. Selon une mise en oeuvre, la fréquence de vibration des pièces entre elles est comprise entre 50 et 150Hz et l'amplitude de vibration est comprise entre 1 et 4mm. [00022]. Selon une mise en oeuvre, la pièce ayant la température de fusion 20 la plus basse est en matériau plastique souple du type élastomère et la pièce ayant la température de fusion la plus haute est en matériau plastique dur du type polypropylène. [00023]. Selon une mise en oeuvre, la pièce en matériau plastique dur est un volet de planche de bord d'airbag destiné à fermer une ouverture d'une 25 planche de bord par laquelle le sac de l'air bag sort lorsqu'il est déployé ; et la pièce en matériau plastique souple est un volet de renfort portant un système de charnière pour permettre au volet de planche de bord de se déplacer lorsqu'il s'ouvre. [00024]. L'invention concerne en outre un airbag pour véhicule automobile comportant : - un volet de planche de bord destiné à fermer une ouverture par laquelle le sac de l'airbag sort lorsqu'il est déployé et - un volet de renfort portant un système de charnière pour permettre au volet de planche de bord de l'airbag de se déplacer, - ces deux volets étant assemblés selon le procédé selon l'invention, caractérisé en ce que les matériaux des volets sont mélangés en quantité équilibrée à l'endroit de la jonction entre les deux volets. [00025]. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. Elles montrent : [00026]. Figures 1 a : une vue de côté d'un volet de renfort présentant un état de surface granuleux positionné en regard d'un volet de planche de bord pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; [00027]. Figure 1 b : une vue du bas du volet de renfort selon la figure 1 a ; [00028]. Figure 2a : une vue de côté d'un volet de renfort présentant des stries positionné en regard d'un volet de planche de bord pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; [00029]. Figure 2b : une vue du bas du volet de renfort selon la figure 2a ; [00030]. Figure 3a : une vue de côté d'un volet de renfort et d'un volet de planche de bord présentant tout deux un état de surface granuleux pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; [00031]. Figure 3b : une vue du bas du volet de renfort et du volet de planche de bord de la figure 3a ; [00032]. Figure 4a : une vue de côté d'un volet de renfort et d'un volet de planche de bord présentant respectivement un état de surface strié et un état de surface granuleux pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; [00033]. Figure 4b : une vue du bas du volet de renfort et du volet de planche de bord de la figure 4a ; [00034]. Les éléments identiques conservent la même référence d'une figure à l'autre. [00035]. La figure 1 montre une représentation schématique d'un volet de renfort 1 d'air bag et d'un volet de planche de bord 2 qui vont être soudés ensemble par un procédé de soudage par vibration. Les volets 1 et 2 présentent respectivement une face 3 et 5 en regard l'une de l'autre. [00036]. Le volet 1 en matériau plastique souple réalisé par exemple en élastomère a une température de fusion inférieure à celle du volet 2 en matériau plastique dur réalisé par exemple en polypropylène. [00037]. Des cordons de soudure 7, de préférence en matériau souple chargé d'élastomère par exemple, sont positionnés sur la face 3 du volet 1 afin d'augmenter l'énergie de friction à l'endroit de la jonction entre les faces 3 et 5. [00038]. Conformément à l'invention, ces cordons de soudure 7 comportent sur leur surface externe des grains 8 présentant un sommet 9 pointu ou arrondi et des vallées 11 entre les grains 8, de manière que la face 3 du volet de renfort 1 présente un aspect rugueux augmentant ses capacités d'abrasion. [00039]. Dans une mise en oeuvre, la distance a entre le haut du sommet 9 et le fond des vallées 11 (la hauteur des grains 8) est comprise par exemple 25 entre 0.05mm et 0.5mm. [00040]. Les faces 3 et 5 des volets 1 et 2 sont ensuite pressées l'une contre l'autre, et les deux pièces 1 et 2 entrent en vibration l'une par rapport à l'autre suivant une direction de vibration D, de sorte que la face 3 abrase à l'aide des grains 8 du matériau plastique dur de la face 5 qui se mélange alors avec le matériau plastique souple de la face 5. A l'endroit de la jonction entre les faces 3 et 5, le matériau plastique souple et le matériau pastique dur (mélangés lors de la phase d'abrasion) pourront ainsi atteindre chacun leur température de fusion. [00041]. Lorsque la quantité de matériau fondu souhaitée est suffisante pour obtenir la liaison entre les volets 2 et 3, on arrête la phase de friction et on attend, de préférence en maintenant la pression entre les volets 2 et 3, jusqu'à ce que les matériaux se solidifient et créent une liaison solide. [00042]. Dans une mise en oeuvre, la fréquence de vibration est comprise entre 50Hz et 150Hz, les vibrations présentant une amplitude comprise entre l mm et 4mm. [00043]. Dans la mise en oeuvre des figures 2, les grains 8 sont remplacés par des stries 13 présentant un profil en dents de scie ou en créneau (non représenté). Ces stries 13 s'étendent suivant une direction D' passant par le sommet 14 des stries 13, cette direction D' étant perpendiculaire à la direction D de vibration. [00044]. Selon une mise en oeuvre, la distance b entre le sommet 14 et le creux 15 d'une strie 13 (autrement dit la profondeur d'une strie 13) vaut entre 0.05mm et 0.5mm. Par ailleurs, dans un exemple, l'écart c entre les sommets 14 de deux stries 13 adjacentes est comprise environ entre un demi-millimètre et 5 millimètres de sorte que de la matière abrasée du volet 2 peut se loger entre les stries. [00045]. Selon une variante, des grains et/ou des stries sont également ménagés sur la face 5 du volet 2 afin de faciliter l'arrachement de la matière du volet 2 par les grains 8 lors de la phase d'abrasion, ces grains et/ou stries ayant pour but de fragiliser en surface la matière du volet 2. [00046]. A cet effet, les grains ou les stries sont ménagés sur la face 5, de sorte que cette face 5 présente des capacités abrasives inférieures à celles de la face 3. A cet effet, les grains sont plus fins, plus hauts et présentent une forme plus arrondie (autrement dit ils sont plus fragiles) que ceux ménagés sur la face 3 du volet 1. [00047]. Ainsi les figures 3 montrent un volet 1 identique à celui des figures 1 positionné en regard d'un volet 2 présentant des grains 17 au moins dans les zones correspondant aux cordons de soudure 7 granuleux du volet 1. [00048]. Les figures 4 montrent un volet 1 identique à celui des figures 2 positionné en regard d'un volet 2 présentant des grains au moins dans les 10 zones correspondant aux cordons de soudure 7 granuleux du volet 1. [00049]. En variante, des stries 13 sont ménagées sur la face 5 du volet 2. [00050]. En variante, lorsqu'aucun cordon de soudure 7 n'est positionné sur la face 3 du volet de renfort 1, les grains 8 ou les stries 13 sont ménagés directement sur la face 3. 15 [00051]. En variante, les cordons de soudure 7 sont positionnés sur la face de la pièce ayant la température de fusion la plus haute. Il est à noter que ces cordons de soudures 7 sont de préférence positionnés sur la pièce la moins visible afin de limiter les problèmes d'aspect de la pièce finie. [00052]. En variante, pour augmenter les capacités d'abrasion de la face 20 d'une pièce, on peut bien entendu ménager à la fois des grains et des stries dans la face de la pièce. REVENDICATIONS 1. Procédé pour souder par vibration deux pièces (1, 2) en matériau thermoplastique présentant des températures de fusion différentes, ces deux pièces (1, 2) comportant des faces (3, 5) en regard l'une de l'autre destinées à être soudées entre elles, ce procédé comportant les étapes suivantes : - presser les faces (3, 5) des deux pièces (1, 2) l'une contre l'autre, - faire vibrer les deux pièces (1, 2) l'une par rapport à l'autre suivant une direction de soudage (D) lors d'une phase de friction de manière à créer un échauffement local à l'endroit de la jonction entre les faces (3, 5) des pièces (1, 2) en contact, cet échauffement ayant tendance à faire fondre lesdites pièces (1, 2) à l'endroit de ladite jonction, et - arrêter la vibration entre les pièces et attendre jusqu'à ce que les matériaux des pièces (1, 2) se solidifient afin de former une liaison solide entre les pièces (1, 2), caractérisé en ce qu'il comporte l'étape suivante : - modifier l'état de surface de la face (3) de la pièce (1) ayant la température de fusion la plus basse, de manière qu'elle présente un état de surface rugueux qui augmente ses capacités d'abrasion. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, au moins un cordon de soudure (7) étant positionné sur la face (3) de la pièce (1) ayant la température de fusion la plus basse, l'état de surface rugueux est ménagé sur le cordon de soudure (7). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, pour obtenir un état de surface rugueux, on ménage des grains (8) sur la face de la pièce (1) ayant la température de fusion la plus basse. 30 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les grains (8) présentent une hauteur comprise entre 0.05mm et 0.5mm. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que pour obtenir un état de surface rugueux, on ménage des stries (13) dans la 35 face de la pièce (1), ces stries (13) s'étendant suivant une direction (D')25perpendiculaire à la direction de vibration (D). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les stries (13) présentent une hauteur comprise entre 0.05mm et 0.5mm et présentent 5 entre elles un écart compris environ entre 0.5mm et 5mm. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la pièce (2) ayant la température de fusion la plus haute présente également une face (5) rugueuse, la rugosité de cette face (5) étant inférieure à celle de 10 la face (3) de la pièce (1) ayant la température de fusion la plus basse. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la fréquence de vibration des pièces (1, 2) entre elles est comprise entre 50 et 150Hz et l'amplitude de vibration est comprise entre 1 et 4mm. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la pièce (1) ayant la température de fusion la plus basse est en matériau plastique souple du type élastomère et la pièce (2) ayant la température de fusion la plus haute est en matériau plastique dur du type polypropylène. 20 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la pièce (2) en matériau plastique dur est un volet de planche de bord d'airbag destiné à fermer une ouverture d'une planche de bord par laquelle le sac de l'air bag sort lorsqu'il est déployé ; et la pièce (1) en matériau plastique 25 souple est un volet de renfort portant un système de charnière pour permettre au volet (2) de planche de bord de se déplacer lorsqu'il s'ouvre. 11. Airbag pour véhicule automobile comportant : - un volet (2) de planche de bord destiné à fermer une ouverture par 30 laquelle le sac de l'airbag sort lorsqu'il est déployé et - un volet de renfort (1) portant un système de charnière pour permettre au volet de planche de bord de l'airbag de se déplacer, - ces deux volets (1, 2) étant assemblés selon le procédé défini selon l'une des revendications 1 à 10, 35 caractérisé en ce que les matériaux des volets (1, 2) sont mélangés 15en quantité équilibrée à l'endroit de la jonction entre les deux volets (1, 2).