Brevet FR3015924A1 — publié le 20150703

La présente invention concerne le domaine technique des produits en matière plastique. En particulier l'invention concerne un matériau (semi-produit) composite ayant une propriété de blindage électromagnétique destiné à fabriquer un caisson pour 5 encapsuler des systèmes électriques, tels que des batteries, embarqués sur des véhicules. Pour encapsuler un ensemble de batteries pour véhicules hybrides ou électriques, la solution souvent retenue aujourd'hui est un caisson entièrement en métal, notamment en aluminium. Le choix de ce métal est justifié pour sa tenue mécanique et les 10 propriétés de blindage électromagnétique qui sont indispensables pour confiner les champs importants générés par les batteries et les autres composants électriques. Cependant, les caissons en métal augmentent le poids du véhicule dans lesquels ils sont installés et ne présentent pas d'isolation électrique vers l'extérieur. De plus, ils peuvent présenter un danger potentiel vis-à-vis des utilisateurs. Enfin, les caissons en 15 métal ne possèdent qu'une faible isolation thermique, incompatible avec le maintien et le contrôle des températures internes des batteries vis-à-vis des variations externes. Pour remédier à ce problème de poids, il est connu d'utiliser des caissons réalisés au moins pour partie en matériaux polymères ou composites, du type comportant une résine thermoplastique ou thermodurcissable et des fibres de renfort. 20 Pour donner à ces caissons réalisés en partie en matériaux composites une propriété de blindage électromagnétique, il est par ailleurs connu les procédés suivants : la métallisation par peinture conductrice : cette solution ne s'avère pas suffisamment efficaces dans les gammes de fréquence et de puissance concernées 25 par les systèmes batteries embarqués sur des véhicules ; le surmoulage de grilles métalliques, de toiles métalliques ou de métal déployé : ce procédé présente l'avantage d'être intégrable dans un procédé de moulage. En effet, les couches métalliques supportent d'être étirées pour épouser les formes de la pièce. Cependant, cette solution s'avère également insuffisante en efficacité de 30 blindage, même si l'on peut augmenter les épaisseurs et ainsi être relativement efficace dans les basses fréquences, essentiellement à cause des ouvertures et des discontinuités entre les mailles pour les toiles ; le traitement de surface par métallisation, par exemple par projection de métal en fusion ou par dépôt électrolytique de Zn, Cu ou d'Al : ce procédé semble être 35 efficace. Cependant, ce procédé peut nécessiter de fortes épaisseurs de dépôt. Ceci pose des problèmes conséquents au niveau des procédés de transformation, des temps de cycle et des moyens industriels à déployer afin de tenir des cadences automobiles ; l'utilisation de métaux particuliers, dit « mu métaux », aux propriétés magnétiques importantes, obtenues généralement par des matières ferreuses avec de fortes teneurs en Nickel. Ces métaux sont réputés pour agir très efficacement sur les champs électromagnétiques de basses fréquences. Cette solution est la plus adaptée au véhicule. Cependant elle présente des effets de saturation en fonction de la puissance du champ magnétique, notamment à plus haute fréquence, et elle doit ainsi, là encore, être mise en oeuvre en forte épaisseur pour compenser ce phénomène, ce qui pose très vite des problèmes de masse car ces matières présentent une densité supérieure à l'acier. Par ailleurs, il est connu dans la littérature scientifique, l'avantage d'un effet multicouche : le blindage étant très efficace sur les surfaces des écrans plutôt qu'a coeur. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients en fournissant un semi- produit permettant de réaliser un caisson adapté au besoin des véhicules en termes de forme et d'exploitation des volumes, tout en garantissant un comportement de blindage électromagnétique. Pour ce faire le semi-produit selon l'invention comporte une matrice thermoplastique ou thermodurcissable et des charges de renfort, ainsi qu'au moins un film de blindage électromagnétique positionné dans l'épaisseur du semi-produit, le film de blindage électromagnétique comportant des orifices. Le semi-produit selon l'invention permet un gain de masse pour l'ensemble de la solution (caisson complet encapsulant les batteries d'un véhicule et intégrant le blindage), par rapport à des solutions métalliques ou composite avec projection 25 métallique. De plus, le procédé de fabrication d'un caisson peut être réalisé en flux continu et en grandes cadences. De préférence, la surface totale des orifices est très inférieure à la surface de la matière formant le film de blindage électromagnétique. 30 Selon l'invention, le film de blindage électromagnétique peut être perforé à intervalle régulier, et il peut ne pas être plan. De préférence, le film de blindage électromagnétique est un film métallique souple, ou un film métallisé. Le film de blindage électromagnétique peut par exemple être un film en aluminium. 35 Selon un mode de réalisation, le film de blindage électromagnétique est positionné en surface du semi-produit. Le semi-produit peut être sous forme d'une feuille, et le film de blindage - 3 - électromagnétique peut être noyé dans l'épaisseur de la feuille. Mais, le film de blindage électromagnétique peut également être intercalé entre deux feuilles de matière composite, formant une âme souple. Le semi-produit peut contenir au moins une couche comportant deux films de 5 blindage électromagnétique séparés par un milieu isolant électriquement. Le semi-produit peut comporter plusieurs bandes de films de blindage électromagnétique, les bandes ayant un recouvrement non nul. Les bandes peuvent être enduites de résine et/ou d'un produit compatible chimiquement avec une résine de la matrice thermoplastique ou thermodurcissable. 10 L'invention concerne également un caisson d'hébergement d'équipement embarqué de stockage et/ou de transmission de puissance électrique d'entrainement de véhicule automobile, le caisson décrivant une surface enfermant complètement un logement de réception d'un tel équipement. Ce caisson est réalisé avec le semi-produit selon l'invention. 15 L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une pièce par moulage, dans lequel on utilise plusieurs bandes du semi-produit selon l'invention, et l'on agence les bandes de façon à ce qu'après moulage, l'intégralité de la pièce selon une direction normale aux surfaces de la pièce, soit recouverte d'au moins une épaisseur de film de blindage électromagnétique. 20 Selon l'invention, la pièce peut être un caisson d'hébergement d'équipement embarqué de stockage et/ou de transmission de puissance électrique d'entrainement de véhicule automobile, et on réalise les étapes suivantes au moyen d'un moule de type poinçon-matrice : on dispose sur l'une des parois du moule plusieurs bandes du semi-produit 25 (SP) selon l'invention, de façon à ce que l'intégralité de la surface du caisson soit couverte par le film de blindage électromagnétique (FBE) après ouverture du moule ; on ferme le moule, et on applique une pression et une température choisies pour permettre un fluage et une polymérisation de la matrice thermoplastique 30 ou thermodurcissable, de sorte que la matrice assure une cohésion en passant à travers les orifices (ORI) du film de blindage électromagnétique (FBE) ; et on démoule le caisson ainsi obtenue. L'intégralité de la surface du caisson peut être couverte par le film de blindage 35 électromagnétique après ouverture du moule, par des bandes du semi produit discontinues et se chevauchant entre elles. Enfin, le chevauchement entre chaque bande est de préférence de 30 à 40mm minimum. L'invention sera mieux comprise à la lecture des figures annexées, qui sont fournies à titre d'exemples et ne présentent aucun caractère limitatif, dans lesquelles : La figure 1 représente un mode de réalisation du semi-produit selon l'invention. La figure 2 illustre l'utilisation d'un milieu isolant électriquement intercalé entre deux films de blindage. La figure 3 illustre un film de blindage gaufré et son utilisation lors du moulage. La figure 4 illustre le procédé d'agencement de bande de semi-produit pour former un produit fini sans fuite électromagnétique. L'invention concerne un semi produit (SP), illustré sur la figure 1, et comportant : Une matière composite (MC) comprenant : o une matrice thermoplastique ou thermodurcissable (PP, PA, UP ou VE) ; o des charges de renfort fibreuses (verre, fibres naturelles, carbone..) ; et/ou o des charges de renfort en poudre telles que carbonate de calcium. Au moins un film de blindage électromagnétique(FBE) positionné dans l'épaisseur du semi-produit, et comportant en ensemble d'orifices (ORI). Les orifices (ORI) du film de blindage électromagnétique (FBE) permettent d'assurer une cohésion entre la matière composite (MC) et le film de blindage (FBE). En effet, lors du moulage d'une pièce à partir d'un semi-produit (SP) selon l'invention, la matière 20 flue (FLU) à travers les orifices (ORI) avant de durcir. La taille des orifices (ORI) est minimisée pour garantir le blindage électromagnétique. Mais un compromis peut être déterminé pour minimiser encore le poids de la pièce finie réalisée à partir du semi-produit. A la différence d'une grille, la surface totale des orifices (ORI) est très inférieure à la 25 surface de la matière du film de blindage. De préférence, le film de blindage électromagnétique (FBE) est perforé à intervalle régulier, de façon à fournir une cohésion homogène. Le film de blindage électromagnétique (FBE) peut être un film métallique. De préférence, le film est souple, de façon à n'assurer qu'une fonction de blindage 30 électromagnétique tout en limitant le poids de la pièce finie, et non une fonction de renfort du semi-produit. Le film de blindage (FBE) est de préférence réalisé en aluminium. Il a une épaisseur de préférence comprise entre 0,1 et 0,5mm. Le film de blindage électromagnétique (FBE) peut également être un film métallisé 35 réalisé à partir d'un substrat compatible avec les matières composites mise en oeuvre. Selon un mode de réalisation, le film de blindage électromagnétique (FBE) n'est pas plan, mais possède des plis. Par exemple et comme illustré sur la figure 3, un film peut avoir une forme de gaufrage, sous forme de pyramides circulaires concentriques par exemple. Cette configuration permet d'accompagner le fluage (FLU) de la matière composite lors du moulage comme l'illustre la figue 3, car le film se « déplie ». Ceci permet entre autre d'éviter le déchirement du film. De préférence, le semi-produit (SP) selon l'invention est préparé sous forme de plaque (éventuellement en rouleau), comportant une ou plusieurs feuilles de matière composite. Selon un premier mode de réalisation, le film de blindage (FBE) est noyé dans l'épaisseur d'une feuille de matière composite. Selon un second mode de réalisation, le semi-produit en matière composite intégrant un film de blindage comporte : Une première feuille de matière composite ; Une seconde feuille de matière composite ; Un film métallique ou métallisé souple intercalé entre les deux feuilles de matière composite, et formant une âme souple, et perforé à intervalle régulier. L'avantage de ces deux modes de réalisation et de fournir une protection au film de blindage contre les agressions ou la corrosion. De plus, le système de blindage obtenu n'est pas conducteur en surface de la pièce. On écarte ainsi des risques de contact 20 avec des éléments sous tension. Cependant, selon une variante, le film de blindage (FBE) est positionné en surface d'une feuille en matière composite. Selon un mode de réalisation, le semi-produit (SP) selon l'invention comporte plusieurs films de blindage (FBE). Ces films peuvent avoir des compositions et/ou des 25 épaisseurs et/ou des formes différentes. Selon un autre mode de réalisation (figure 2), le semi-produit (SP) inclut au moins une couche comportant deux films de blindage électromagnétique (FBE) selon l'invention séparés par un milieu isolant (ISO) électriquement (constitué de polymère par exemple) comme l'illustre la figure 2. Le semi-produit (SP) selon l'invention peut 30 comporter une ou plusieurs de ces couches, en combinaison ou non avec d'autres films de blindage (FBE). Le milieu isolant (ISO) peut lui aussi être perforé de la même façon que les films de blindage électromagnétique (FBE). L'invention concerne également un caisson d'hébergement d'équipement embarqué de stockage et/ou de transmission de puissance électrique d'entrainement 35 de véhicule automobile. Le caisson décrit une surface enfermant complètement un logement de réception d'un tel équipement. Le caisson est réalisé avec le semi-produit (SP) selon l'invention. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un caisson pour encapsuler des systèmes de batteries embarqués sur des véhicules. Pour mouler une pièce, telle qu'un caisson, à partir du semi-produit selon l'invention, on utilise une à plusieurs bandes de semi-produit que l'on agence de façon à ce qu'après moulage l'intégralité de la pièce, selon une direction normale aux surfaces de la pièce, soit recouverte d'au moins une épaisseur de film de blindage électromagnétique (FBE). Ainsi, la pièce ne comporte aucune rupture du film de blindage, ceci afin d'éviter toute fuite de champs électromagnétique. Avantageusement, le semi-produit peut déjà comporter plusieurs bandes (BAND) de film de blindage électromagnétique (FBE) avec un recouvrement non nul, afin de faciliter cette opération d'habillage de la forme de l'outil (OUT). Cette configuration est illustrée sur la figure 4. Cet outil (OUT) est soit un moule pouvant transformer sous pression la pièce soit une forme permettant de réaliser une préforme avec le semi produit avant de le charger dans un moule. Avantageusement, lors de la fabrication du semi-produit, les bandes sont enduites de résine ou d'un produit compatible chimiquement avec la résine employée, afin de faciliter leur glissement lors du procédé de transformation de la pièce, et de faciliter la cohésion dans l'épaisseur de la pièce. Selon un exemple, pour réaliser la pièce (caisson) selon l'invention, on utilise un moule de type matrice-poinçon par exemple, et on réalise les étapes suivantes : on dispose sur la paroi du poinçon du moule plusieurs bandes du semi-produit (SP) selon l'invention, de façon à ce que l'intégralité de la surface du caisson soit couverte par le film de blindage électromagnétique après ouverture du moule, et que l'intégralité de la forme, selon une direction normale aux surfaces de la pièce, soit recouverte d'au moins une épaisseur de film de blindage. On positionne ces bandes en formant des chevauchements entre elles. Les chevauchements sont dimensionnés et positionnés pour qu'après la fermeture de la partie matrice, les bandes glissent afin de former la pièce et que l'intégralité de la surface de la pièce soit couverte par le film de blindage électromagnétique par bandes discontinues. Selon un exemple, le chevauchement entre chaque bande est de 30 à 40mm minimum. on ferme le moule, et on applique une pression et une température choisies pour permettre un fluage et une polymérisation de la matrice thermoplastique ou thermodurcissable. Il est possible d'appliquer une basse pression (inférieure à 20 bar), mais avantageusement on applique une haute pression (supérieure à 80bar) de tel sorte que la matière composite flue dans l'empreinte et assure une cohésion en passant à travers les orifices du film de blindage électromagnétique. on démoule la pièce ainsi obtenue. Selon un mode de réalisation, afin de garantir la présence du film en bord pièce, l'empreinte du moule est prévue plus grande que la pièce finie. On complète alors la fabrication par une opération de recoupe de la pièce sortie du moule.5 REVENDICATIONS1. Semi-Produit (SP) en matière composite (MC) comprenant une matrice thermoplastique ou thermodurcissable et des charges de renfort, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un film de blindage électromagnétique(FBE) positionné dans l'épaisseur du semi-produit (SP), le film de blindage électromagnétique (FBE) comportant des orifices (ORI). 2. Semi-Produit selon la revendication 1, dans lequel la surface totale des orifices (ORI) est très inférieure à la surface de la matière formant le film de blindage électromagnétique (FBE). 3. Semi-Produit selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le film de blindage électromagnétique (FBE) est perforé à intervalle régulier. 4. Semi-Produit selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le film de blindage électromagnétique (FBE) n'est pas plan. 5. Semi-Produit selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le film de blindage électromagnétique (FBE) est un film métallique souple, ou un film métallisé. 6. Semi-Produit selon la revendication 5, dans lequel le film de blindage électromagnétique (FBE) est un film en aluminium. 7. Semi-Produit selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le film de blindage électromagnétique (FBE) est positionné en surface du semi-produit. 8. Semi-Produit selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le semi-produit (SP) est sous forme d'une feuille, et le film de blindage électromagnétique (FBE) est noyé dans l'épaisseur de la feuille. 9. Semi-Produit selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le film de blindage électromagnétique (FBE) est intercalé entre deux feuilles de matière composite (MC), formant une âme souple. 10. Semi-Produit selon l'une des revendications précédentes, contenant au moins une couche comportant deux films de blindage électromagnétique (FBE) séparés par un milieu isolant électriquement (IS0). 11. Semi-Produit selon l'une des revendications précédentes, comportant plusieurs bandes (BAND) de films de blindage électromagnétique (FBE), les bandes ayant un recouvrement non nul. 12. Semi-Produit selon la revendication 11, dans lequel les bandes (BAND) sont enduites de résine et/ou d'un produit compatible chimiquement avec une résine de la matrice thermoplastique ou thermodurcissable. 13. Caisson d'hébergement d'équipement embarqué de stockage et/ou de transmission de puissance électrique d'entrainement de véhicule automobile, le caisson décrivant une surface enfermant complètement un logement de réception d'un tel équipement, caractérisé en ce que le caisson est réalisé avec le semi- produit (SP) selon l'une des revendications précédentes. 14. Procédé de fabrication d'une pièce par moulage, caractérisé en ce que l'on utilise plusieurs bandes du semi-produit (SP) selon l'une des revendications 1 à 12, et l'on agence les bandes de façon à ce qu'après moulage, l'intégralité de la pièce selon une direction normale aux surfaces de la pièce, soit recouverte d'au moins une épaisseur de film de blindage électromagnétique (FBE). 15. Procédé selon la revendication 14, dans lequel la pièce est un caisson d'hébergement d'équipement embarqué de stockage et/ou de transmission de puissance électrique d'entrainement de véhicule automobile, et on réalise les étapes suivantes au moyen d'un moule de type poinçon-matrice : on dispose sur l'une des parois du moule plusieurs bandes du semi-produit (SP) selon l'une des revendications 1 à 12, de façon à ce que l'intégralité de la surface du caisson soit couverte par le film de blindage électromagnétique (FBE) après ouverture du moule ; on ferme le moule, et on applique une pression et une température choisies pour permettre un fluage et une polymérisation de la matrice thermoplastique ou thermodurcissable, de sorte que la matrice assure une cohésion en passant à travers les orifices (ORI) du film de blindage électromagnétique (FBE) ; et on démoule le caisson ainsi obtenue. 16. Procédé selon la revendication 15, dans lequel l'intégralité de la surface du caisson est couverte par le film de blindage électromagnétique (FBE) après ouverture du moule, par des bandes du semi produit discontinues et se chevauchant entre elles. 17. Procédé selon la revendication 16, dans lequel le chevauchement entre chaque bande est de 30 à 40mm minimum.