Brevet FR3012359A1 — publié le 20150501

L'invention concerne le domaine technique des procédés de réalisation de pièce en matière plastique, notamment des pièces de véhicule automobile. Dans le domaine de l'automobile par exemple, de nombreuses pièces structurelles doivent allier résistance mécanique et faible poids. Pour ce faire, il est connu de remplacer des pièces en acier par des pièces en matière plastique, thermodurcissable ou thermoplastique. On connaît différents procédés de moulage de pièce en matière plastique : - Procédé par compression (pour les matières thermodurcissables) ; - Procédé par thermoformage (compression avec une matière thermoplastique) - Procédé par injection (pour les matières thermoplastiques). L'avantage principal du procédé par injection est de pouvoir réaliser des pièces avec une grande complexité de forme. L'inconvénient est que la matière thermoplastique est moins résistante 15 mécaniquement que les matières thermodurcissable telles que le SMC (composé à moulage en feuille). Il est connu d'utiliser des matières thermoplastiques renforcées. Ces matières sont constituées de fibres de renfort mélangées avec une résine. Ces renforts comportent des fibres de verre, de carbone ou d'aramide ou une combinaison. Ces fibres peuvent 20 être coupées ou continues. Pour obtenir une bonne performance mécanique, on utilise fréquemment des fibres continues de préférence sous forme de tissu. On connaît un procédé pour réaliser une pièce en matière thermoplastique renforcée dans lequel on insert une feuille de renfort, pré-imprégnée ou sèche, directement dans le moule. Puis, on injecte de la matière (résine ou résine renforcée) dans le moule. 25 Cependant, ce procédé ne permet pas de maîtriser la position, dans l'épaisseur de la pièce finie (c'est-à-dire la pièce sortie du moule), des feuilles de renfort sous l'effet de la poussée de la matière injectée. La feuille peut alors se positionner dans la pièce finie dans une position aléatoire entre les deux faces de la pièce. Cette hétérogénéité entraîne localement une différence de comportement mécanique. La contribution 30 mécanique de la feuille de renfort est optimale lorsqu'elle se situe en surface de la pièce finie. On connaît également un procédé pour réaliser une pièce en matière thermoplastique renforcée dans lequel on réalise un renfort préformé, puis on dispose ce renfort préformé dans le moule, et enfin, on injecte de la matière (résine ou résine 35 renforcée) dans le moule. Si ce procédé permet de maîtriser la position du renfort préformé, il nécessite une étape supplémentaire, ce qui rallonge la durée de fabrication et augmente donc le coût de fabrication de la pièce en matière thermoplastique renforcée. Dans certaines variantes de procédé, le renfort doit être apte à être traversé par la résine lors de l'injection, pour être imprégnée. Dans le cadre d'un tissu, cette aptitude est caractérisée par des mailles suffisamment ouvertes. Ce type de tissu à maille 5 ouverte a des propriétés mécaniques inférieures à celles d'un renfort tissé plus « dense », à mailles fermées. Mais, les renforts tissés nécessaires pour apporter des propriétés mécaniques suffisamment grandes pour obtenir un composite haute performance présentent une densité de fibre trop élevée pour être traversés par injection de résine. L'invention permet de s'affranchir de ces contraintes, en utilisant un tissu drainant 10 pour guider la matière (résine avec ou sans fibres de renfort) injectée le long des feuilles de renfort, de façon à les maintenir en place à la surface de la pièce. L'objet de l'invention concerne ainsi un procédé pour réaliser une pièce en matière thermoplastique renforcée par au moins une feuille de renfort située en surface d'au moins l'une des faces de la pièce. Ce procédé comporte les étapes suivantes : - on dispose dans un moule un empilage de feuilles comportant au moins une feuille de renfort et au moins une feuille de tissu drainant ; - on ferme le moule et l'on injecte dans le moule une matière thermoplastique ; et - on démoule la pièce ainsi obtenue. 15 Grâce à l'effet drainant utilisé par ce procédé, les positions respectives des feuilles de renfort dans l'épaisseur de la pièce sont maîtrisées. Ainsi, la pièce possède une meilleure homogénéité et donc une meilleure performance mécanique. De plus, ce procédé ne nécessite qu'une seule étape dans le moule, contrairement 20 aux méthodes utilisant un préformage des feuilles de renfort. La feuille de renfort peut être un assemblage de fibres unidirectionnelles (UD) ou un tissu de fibres, les fibres pouvant être choisies parmi les fibres de verre, de carbone ou d'aramide ou une combinaison de ces types de fibres. La feuille de renfort peut être introduite froide dans le moule, ou elle peut être pré-25 chauffée avant son introduction dans le moule. La feuille de renfort peut être pré-imprégnée par une matière avant son introduction dans le moule. Selon un mode de réalisation, on dispose un empilage comportant au moins deux feuilles de renfort, chaque feuille de renfort étant située en surface d'une face différente 30 de ladite pièce, et entre lesquelles est intercalée une couche de matière et au moins une feuille de tissu drainant au sein de ladite couche. Selon une variante de ce mode de réalisation, on introduit un gaz ou un additif au sein de la couche de matière, de façon à faire mousser la résine. Selon un autre mode de réalisation, on dispose un empilage comportant une superposition d'un ensemble de feuilles, chaque ensemble comportant : au moins deux feuilles de renfort, chaque feuille de renfort étant située en surface d'une face différente de ladite pièce ; une couche de matière intercalée entre les feuilles de renfort ; au moins une feuille de tissu drainant au sein de ladite couche. Selon l'invention, on peut utiliser un moule vertical, dans lequel on suspend les feuilles, et l'on place la feuille de renfort du côté poinçon ou du côté matrice. De préférence, on injecte la matière par une extrémité du moule, ou par des 10 ouvertures créées dans l'empilage de feuilles. Enfin, la matière utilisée est de préférence une résine, de préférence une résine polyamide, ou une résine chargée par des éléments de renfort. L'invention concerne également une pièce en matière thermoplastique renforcée 15 comportant au moins une feuille de renfort située en surface de l'une des faces de ladite pièce et une matière thermoplastique. La pièce selon l'invention comporte au moins une feuille de tissu drainant. La feuille de renfort peut être un assemblage de fibres unidirectionnelles (UD) ou un tissu de fibres, les fibres étant choisies parmi des fibres de verre, de carbone ou 20 d'aramide ou une combinaison de ces types de fibre. Selon un mode de réalisation, la pièce comporte au moins deux feuilles de renfort, chaque feuille de renfort étant située en surface d'une face différente de la pièce, entre lesquelles est intercalée une couche de matière et au moins une feuille de tissu drainant au sein de la couche. 25 La matière peut être sous forme d'une mousse. Enfin, la matière est de préférence une résine, de préférence une résine polyamide, ou une résine chargée par des éléments de renfort. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, en se 30 référant aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 illustre une pièce en matière thermoplastique renforcée issue du procédé selon l'invention, comportant une feuille de renfort (2) couvrant l'une des faces de la pièce (1). La figure 2 illustre une pièce en matière thermoplastique renforcée issue du 35 procédé selon l'invention, comportant deux feuilles de renfort (2, 2') chaque feuille de renfort couvrant une face différente de la pièce (1). Le procédé, selon l'invention, pour réaliser une pièce en matière thermoplastique renforcée par au moins une feuille de renfort située en surface (de façon apparente ou non) d'au moins une des faces de la pièce, comporte les étapes suivantes : - on dispose dans un moule (d'injection de préférence) un empilage de feuilles comportant au moins une feuille de renfort et au moins une feuille de tissu drainant. L'empilage peut être réalisé dans le moule, ou en dehors du moule puis introduit dans le moule. on ferme le moule et l'on injecte dans le moule une matière thermoplastique. On injecte la matière par une extrémité du moule au niveau de la feuille de tissu drainant ou par au moins une ouverture créée dans l'empilage de feuilles de renfort. Selon ce procédé, on utilise préférentiellement une matière comportant une résine, telle que du polyamide ou du polypropylène ; et on démoule la pièce ainsi obtenue. Dans la suite de la description, nous appelons « résine » la matière injectée qui peut 15 être une résine ou une résine chargée de fibres de renfort. La feuille de renfort peut être un assemblage de fibres unidirectionnelles (UD) ou un tissu de fibres. Les fibres de renfort sont généralement choisies parmi les fibres de verre, de carbone ou d'aramide. Les fibres de renfort peuvent également être un mélange de ces trois types de fibre. La feuille de renfort peut être constituée de 20 plusieurs couches de tissus. Une feuille de tissu drainant est un tissu qui permet de faciliter l'écoulement d'une matière dans le plan défini par sa surface. Une matière injectée sur un tel tissu est donc drainée sur la surface du tissu ou dans l'épaisseur du tissu. La matière peut être injectée par une extrémité du moule. Dans ce cas, on injecte la 25 matière au niveau de la tranche du tissu drainant, de façon à ce que le tissu drainant draine la matière dans le plan défini par sa surface, évitant ainsi que celle-ci ne déplace la feuille de renfort perpendiculairement à ce « plan », dans l'épaisseur de la pièce, ou plus précisément dans l'entrefer de la cavité du moule (espace entre le poinçon et la matrice du moule fermé). 30 La matière peut être injectée dans une direction sensiblement perpendiculaire au tissu drainant. Elle peut être injectée du côté du tissu drainant, ou du côté opposé, à travers au moins un trou réalisé dans la feuille de renfort. Dans les deux cas, le tissu drainant draine la matière dans le plan défini par sa surface, évitant ainsi que celle-ci ne déplace la feuille de renfort. 35 Le tissu drainant permet ainsi de favoriser le passage de la matière (résine ou résine chargée), lors de son injection, dans le plan défini par la surface du tissu drainant, permettant ainsi de maintenir la feuille de renfort en surface de la pièce. On connaît différents types de tissu drainant, par exemple : - tissu drainant NET1® (Chomarat, France) : tricot polyester 110 g/m2) ; - tissu drainant CFM® (Chomarat, France) : mat de verre fibres longues 150, 225, 300, 450 ou 600 g/m2) ; - feutre de drainage de la gamme Airweave®, Econoweave®, Ultraweave® (Airtech, Luxembourg) ; - tissu drainant de Cytec (Royaume-Unis). La feuille de renfort peut être introduite froide dans le moule de la pièce, c'est-à-dire sans préchauffage ou sensiblement à température ambiante. Mais elle peut également 10 être pré-chauffée avant son introduction dans le moule. De façon préférentielle, la feuille de renfort est pré-imprégnée par une matière (résine ou résine chargée) avant son introduction dans le moule. Cette pré-imprégnation permet de donner une tenue à la feuille, ce qui facilite sa manipulation. De plus, cette étape évite que la feuille s'effiloche et/ou que les fibres ne se cassent. 15 Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le procédé comporte la réalisation d'un empilage d'au moins deux feuilles de renfort, chaque feuille de renfort étant située en surface d'une face différente de la pièce, et au moins une feuille de tissu drainant étant intercalée entre les feuilles de renfort. Puis, on injecte la matière de façon à en obtenir une couche intercalée entre les feuilles de renfort, et comprenant le 20 tissu drainant. Ainsi, il est possible d'obtenir suite à ce procédé, un empilage comportant une feuille de renfort, une couche de résine, puis une feuille de renfort. La feuille de tissu drainant pouvant être contre une des feuilles de renfort, ou séparée des feuilles de renfort par de la résine (figure 2). L'empilage peut se faire du côté matrice, ou du côté poinçon ou des deux côtés. 25 Le tissu drainant favorise alors le passage de la résine au milieu des deux feuilles de renfort, et permet ainsi de positionner les feuilles de renfort en surface de la pièce. Comme l'illustre la figure 2, qui est un résultat du procédé, on obtient ainsi une pièce ayant une structure en sandwich homogène, constituée d'une couche de tissu de renfort, puis d'une couche de résine (comportant la feuille de tissu drainant), puis une 30 seconde couche de tissu de renfort. Il est possible, selon ce procédé, de multiplier le nombre de couches dans l'épaisseur en alternant les couches de renforts tissées et les couches de drainant. Selon cette configuration, certaine feuille de renfort ne sont pas en surface, mais contribue au renfort mécanique. 35 Pour réaliser la pièce, on utilise un moule de préférence vertical, dans lequel on suspend les feuilles de renfort et les feuilles de tissu drainant dans le moule, au moyen d'aiguilles par exemple, et l'on place la feuille de renfort du côté poinçon ou du côté matrice. Dans ce cas, la feuille de tissu drainant permet de favoriser le mouvement vertical de la résine. Selon un autre mode de réalisation (moussage), on introduit un gaz ou un additif au sein de la matière, de façon à la faire mousser. Cette opération de moussage peut avoir lieu avant l'injection dans le moule, ou après l'injection, on en cours d'injection. L'additif est ajouté dans la résine. Il peut s'agir d'Hydrocérol® (Clariant, Suisse), par exemple. Le gaz est injecté dans la vis d'alimentation de la matière. Pour augmenter le moussage il est possible d'ouvrir légèrement l'outil après l'injection de la matière avec le gaz ou l'additif. Le moussage améliore, pour une même quantité de matière, l'effet de poutre (une âme séparant et écartant deux feuilles de renfort de la ligne moyenne de flexion), et 15 donc la résistance mécanique de la pièce. De plus, le moussage contribue à l'allègement de la pièce. Grâce à ce procédé, il n'est plus nécessaire d'ajouter un produit rapporté tel qu'une âme alvéolaire pour obtenir les mêmes avantages. Ce procédé simplifie donc le procédé connu, car on réalise la pièce en une seule étape. 20 Illustrée sur la figure 1, l'invention concerne également une pièce en matière thermoplastique renforcée (1), obtenue par le procédé selon l'invention. Elle comporte au moins une feuille de renfort (2) située en surface de l'une des faces de ladite pièce (1) et une résine thermoplastique (3), caractérisé en ce qu'elle comporte au 25 moins une feuille de tissu drainant (4). Selon un mode de réalisation (figure 2) la pièce (1) comporte au moins deux feuilles de renfort (2, 2'), chaque feuille de renfort étant située en surface d'une face différente de la pièce (1), entre lesquelles est intercalée une couche de résine (3) et au moins une feuille de tissu drainant (4) au sein de la couche (3). 30 Cette pièce (1) possède une bonne résistance mécanique grâce aux feuilles de renfort (2, 2'). L'âme en résine (3) permet de rigidifier les feuilles de renfort (2, 2'), tout en limitant le poids de la pièce (1). L'écartement entre les feuilles de renfort (2, 2') permet de maintenir la résistance de la pièce (1). 35 Le tissu drainant (4) permet d'obtenir une pièce (1) homogène du point de vue de la résistance mécanique, du fait que les feuilles de renfort (2, 2') restent sur la surface de la pièce (1). Selon un autre mode de réalisation la résine (3) est sous forme d'une mousse. La résine est de préférence en polyamide. De préférence, le moule est un moule vertical, et donc, l'axe Z représente l'axe vertical du moule.5 REVENDICATIONS1. Procédé pour réaliser une pièce en matière thermoplastique renforcée par au moins une feuille de renfort située en surface de l'une des faces de ladite pièce, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : on dispose dans un moule un empilage de feuilles comportant au moins une feuille de renfort et au moins une feuille de tissu drainant ; on ferme le moule et l'on injecte dans le moule une matière thermoplastique ; et on démoule la pièce ainsi obtenue. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la feuille de renfort est un assemblage de fibres unidirectionnelles (UD) ou un tissu de fibres, les fibres étant choisies parmi les fibres de verre, de carbone ou d'aramide ou une combinaison de ces types de fibres. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la feuille de renfort est introduite froide dans le moule. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 2, dans lequel la feuille de renfort est pré-chauffée avant son introduction dans le moule. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la feuille de renfort est pré-imprégnée par une matière avant son introduction dans le moule. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on dispose un empilage comportant au moins deux feuilles de renfort, chaque feuille de renfort étant située en surface d'une face différente de ladite pièce, et entre lesquelles est intercalée une couche de matière et au moins une feuille de tissu drainant au sein de ladite couche. 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel on introduit un gaz ou un additif au sein de la dite couche de matière, de façon à faire mousser la résine. 8. Procédé selon l'une des revendications 6 et 7, dans lequel on dispose un empilage comportant une superposition d'un ensemble de feuilles, chaque ensemble comportant : - au moins deux feuilles de renfort, chaque feuille de renfort étant située en surface d'une face différente de ladite pièce ; - une couche de matière intercalée entre les feuilles de renfort ; - au moins une feuille de tissu drainant au sein de ladite couche. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on utilise un moule vertical, dans lequel on suspend les feuilles, et l'on place la feuille de renfort du côté poinçon ou du côté matrice. 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on injecte lamatière par une extrémité du moule, ou par des ouvertures créées dans l'empilage de feuilles. 11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la matière utilisée est une résine, de préférence une résine polyamide, ou une résine chargée par des éléments de renfort. 12. Pièce en matière thermoplastique renforcée (1) comportant au moins une feuille de renfort (2) située en surface de l'une des faces de ladite pièce (1) et une matière thermoplastique (3), caractérisé en ce qu'elle comporte au moins une feuille de tissu drainant (4). 13. Pièce selon la revendication 12, dans laquelle la feuille de renfort (2) est un assemblage de fibres unidirectionnelles (UD) ou un tissu de fibres, les fibres étant choisies parmi des fibres de verre, de carbone ou d'aramide ou une combinaison de ces types de fibre. 14. Pièce selon l'une des revendications 12 et 13, comportant au moins deux feuilles de renfort (2, 2'), chaque feuille de renfort (2, 2') étant située en surface d'une face différente de ladite pièce (1), entre lesquelles est intercalée une couche de matière (3) et au moins une feuille de tissu drainant (4) au sein de ladite couche. 15. Pièce selon la revendication 14, dans laquelle la matière (3) est sous forme d'une mousse. 16. Pièce selon l'une des revendications 12 à 15, dans laquelle la matière (3) est une résine, de préférence une résine polyamide, ou une résine chargée par des éléments de renfort.