Brevet FR3029207A1 — publié le 20160603

La présente invention concerne le domaine de l'assemblage de pièces automobiles, et notamment l'assemblage par collage de pièces en matière plastique. On connaît de l'état de la technique un procédé d'assemblage de deux pièces l'une avec l'autre dans une installation de collage. L'installation comprend généralement un support de positionnement d'une des pièces par rapport à l'autre comprenant deux parties, souvent métalliques, de maintien de chaque pièce. L'installation comprend également des moyens de chauffage de chaque partie. Par conduction thermique, chaque partie métallique chauffe la pièce qu'elle maintient. Avant de positionner les deux pièces l'une par rapport à l'autre, on applique une 10 épaisseur d'une colle, par exemple thermodurcissable, sur l'une et/ou l'autre des pièces à assembler. Puis, on rapporte et on positionne les deux pièces l'une par rapport à l'autre. Ensuite, on chauffe les pièces grâce aux moyens de chauffage afin d'activer ou accélérer la réticulation de la colle. Enfin, on extrait la pièce assemblée de l'installation. L'activation ou l'accélération de la réticulation de la colle thermodurcissable 15 nécessite de chauffer les pièces pendant un certain temps. Pendant ce temps, l'installation est occupée ce qui constitue un temps mort dans le procédé de fabrication de la pièce. Le procédé d'assemblage de l'état de la technique présente donc une limite capacitaire de production, dépendant du temps de cycle nécessaire à l'installation pour assembler des pièces. 20 De plus, le chauffage des pièces engendre un coût énergétique important. En outre, les moyens de chauffage de l'installation rendent celle-ci coûteuse et encombrante. Enfin, l'activation ou l'accélération de la réticulation de la colle est réalisée par un apport de chaleur par conduction en chauffant les pièces à coller. Ceci est dû au fait 25 que la colle est inaccessible car elle est mise en place entre les deux pièces. Il n'est donc pas possible de chauffer directement la colle. Or, la chauffe des pièces occasionne : - des déformations dues aux dilatations différentielles des pièces à coller ; - des problèmes de marquage des surfaces d'aspect ; et 30 - des temps de cycle supérieurs à la minute, impliquant un investissement capacitaire important dû au besoin d'utiliser plusieurs moyens de collage pour maintenir les pièces en position ou un capacitaire limité au nombre d'installations mises en place. Par ailleurs, la matière plastique n'étant pas un bon conducteur thermique, le procédé est extrêmement difficile si les deux pièces à coller sont en matière plastique. 35 L'invention a pour but de fournir un procédé de collage permettant de remédier à ces inconvénients. L'invention y parvient en utilisant une combinaison matériaux/onde électromagnétique permettant de chauffer directement la colle. Ainsi, l'invention concerne un procédé de collage d'une première pièce en matière plastique et d'une seconde pièce, dans lequel on dépose au moins une épaisseur de colle sur au moins une desdites pièces, et l'on met en place l'autre pièce contre l'épaisseur de colle. Selon le procédé, on sélectionne au moins une onde électromagnétique de longueur d'onde donnée, de façon à ce que la transmission de ladite matière plastique vis-à-vis de cette onde ne soit pas nulle, et de façon à ce que l'absorbance de la colle vis-à-vis de cette onde ne soit pas nulle ; et on chauffe au moins une partie de la colle en l'irradiant directement par émission de ladite onde électromagnétique à travers ladite matière plastique de façon à activer et/ou accélérer une réticulation de la colle. Ce procédé permet de réduire drastiquement les temps de cycle, en chauffant directement la colle. De ca fait, il n'est pas nécessaire d'attendre que la première pièce chauffe et transmette progressivement sa chaleur à la colle. De façon préférentielle, on sélectionne au moins une onde électromagnétique dont 15 l'absorbance de ladite matière plastique vis-à-vis de cette onde n'est pas nulle De façon préférentielle également, on sélectionne au moins une onde électromagnétique dont la transmission de la colle vis-à-vis de cette onde n'est pas nulle. Selon l'invention on peut sélectionner une onde électromagnétique ayant une 20 longueur d'onde supérieure à 780nm, et /ou une longueur d'onde inférieure à 2500nm. Selon un mode de réalisation, on émet un ensemble d'ondes électromagnétiques, dont les longueurs d'ondes sont comprises entre 400nm et 5000nm, de préférence entre 780nm et 2500nm. On peut émettre un ensemble d'ondes électromagnétiques au moyen d'un émetteur 25 à infrarouge par exemple. On peut émettre une onde électromagnétique au moyen d'une source laser par exemple. Selon un mode de réalisation, on émet ladite onde électromagnétique jusqu'à ce que, après réticulation d'au moins une partie de la colle, la manipulation de l'ensemble 30 des deux pièces sans mouvement relatif des pièces l'une par rapport à l'autre soit possible. Selon l'invention, la matière plastique peut être choisie parmi les matières suivantes : une matière thermoplastique telle qu'un polyoléfine ou un thermoplastique styrénique ou un polyamide, une matière thermodurcissable, un silicone. 35 Selon l'invention, la colle peut être choisie parmi les colles suivantes : polyuréthane, époxy, méthacrylate, cyanoacrylate. Selon un mode de réalisation, on utilise une matière plastique comportant un colorant, le colorant étant choisi de façon à ce que la transmission de l'onde à travers ledit colorant ne soit pas nulle. Selon un mode de réalisation, on préchauffe au moins une des pièces avant la mise en place de la seconde pièce, et on sélectionne l'onde électromagnétique en fonction 5 de la température de la première pièce ainsi préchauffée. L'invention concerne également une installation de collage d'une première pièce en matière plastique et d'une seconde pièce, comportant : un support de positionnement d'une des pièces par rapport à l'autre ; et au moins un moyen de transmission d'au moins une onde électromagnétique à 10 travers ladite matière plastique. Avantageusement, les moyens de transmission peuvent être adaptés à émettre des ondes électromagnétiques de longueurs d'onde comprises entre 400nm et 5000nm, de préférence entre 780nm et 2500nm. Enfin, les moyens de transmission peuvent comporter au moins un émetteur à 15 infrarouge et/ou une lampe infrarouge et/ou une source laser. L'invention sera mieux comprise à la lecture des figures 1 à 3 annexées, qui sont fournies à titre d'exemples et ne présentent aucun caractère limitatif, et qui décrivent le procédé selon l'invention. 20 On se réfère maintenant à ces figures 1 à 3, qui décrivent le procédé, selon l'invention, pour coller une première pièce (1) en matière plastique (MP) et une seconde pièce (2). Celui-ci comporte les étapes suivantes : on dépose (figure 1) au moins une épaisseur de colle (3) sur au moins une 25 desdites pièces (1, 2) ; on appelle épaisseur la quantité de colle nécessaire pour assembler les deux pièces (1, 2), quelle que soit la forme et l'épaisseur de cette quantité (cordon, film, amas, ...) ; on met en place (figure 2) l'autre pièce (2, 1) contre l'épaisseur de colle (3) ; on sélectionne au moins une onde électromagnétique de longueur d'onde 30 donnée, de façon à ce que la transmission de ladite matière plastique (MP) vis- à-vis de cette onde ne soit pas nulle, et de façon à ce que l'absorbance de la colle (3) vis-à-vis de cette onde ne soit pas nulle ; et on chauffe (figure 3) au moins une partie de la colle (3) en l'irradiant par émission de ladite onde électromagnétique à travers ladite matière plastique 35 (MP) de façon à activer et/ou accélérer une réticulation de la colle (3). On appelle matière plastique une matière composée d'un ensemble de polymères. On connaît par exemple les matières thermoplastiques (à base de matières styréniques, de polyamide et/ou de polyoléfines tels que le polypropylène, ...), les matières thermodurcissables (à base de résine vinylester, époxy...), ou encore les silicones. Selon l'invention, la matière plastique peut être constituée de résine chargée avec 5 des additifs (noir de carbone, talc, ...) et/ou renforcée par des éléments de renfort, tels que des fibres de verre ou de carbone par exemple. Les deux pièces peuvent être en matière plastique, la même matière plastique, ou des matières plastiques différentes. Dans l'industrie automobile, il est connu d'utiliser certaines colles pour le collage de 10 pièces en matière plastique. Ainsi, dans le cadre de l'invention, on peut utiliser des colles (3) telles que des colles polyuréthane, époxy, méthacrylate, et/ou cyanoacrylate. Ces colles peuvent être des colles à un composant (ce type de colle réticule avec des facteurs extérieurs tels que l'humidité de l'air), des colles à un composant comportant un deuxième composant « encapsulé », des colles à deux composants mélangés, et/ou 15 des colles thermoréactivables. Après avoir déposé au moins une épaisseur de colle (3) sur au moins une des pièces (1, 2), on met en place l'autre pièce (2, 1) contre l'épaisseur de colle (3), puis on active ou accélère la réticulation de la colle (3). Selon l'invention, pour activer et/ou accélérer la réticulation de la colle (3), on 20 chauffe au moins une partie de cette colle (3) en l'irradiant. L'irradiation de la colle est réalisée par l'émission d'une onde électromagnétique à travers la matière plastique (MP) grâce à un moyen de transmission (4). Cette onde électromagnétique est sélectionnée de façon à irradier, au moins partiellement, directement la colle, de façon à chauffer la colle directement, et non par 25 conduction, c'est-à-dire par l'intermédiaire d'un réchauffement de la première pièce qui transmettrait ensuite sa chaleur. On entend par irradiation directe de la colle, le fait qu'une partie de l'onde traversant la matière plastique atteint directement la colle pour lui apporter de l'énergie sous forme de chaleur. Pour ce faire, on sélectionne au moins une onde de longueur d'onde donnée, de 30 façon à ce que la transmission de cette onde dans la matière plastique (MP) ne soit pas nulle, et de façon à ce que l'absorbance de cette onde dans la colle ne soit pas nulle. L'absorbance d'un milieu mesure la capacité de ce milieu à absorber l'onde électromagnétique qui le traverse. La transmission (ou transmittance) d'un milieu est définie comme l'inverse de l'absorbance. Il s'agît donc de la fraction du flux traversant 35 le milieu. On parle de transparence pour la lumière visible. Pour mesurer ces deux propriétés, on utilise généralement un spectrophotomètre, qui fournit un pourcentage correspondant à la fraction du flux traversant le milieu (transmission) ou la fraction du flux absorbé par le milieu (absorbance). L'absorbance et la transmission diffèrent selon la nature de la matière étudiée, selon la longueur d'onde sous laquelle elle est analysée, et selon l'épaisseur (ou la concentration) de cette matière dans le milieu traversé. Ainsi, quelle que soit le moyen de mesure utilisé, on sélectionnera une onde de longueur d'onde donnée ayant les propriétés de transmission et d'absorbance requises pour la matière plastique (MP) choisie et pour la colle (3) choisie, mais aussi pour l'épaisseur de la première pièce (1) et pour l'épaisseur de colle utilisée pour le collage. Bien sûr, il est possible d'extrapoler, ou de faire une sélection sur des épaisseurs 10 différentes, sous réserve de vérifier la bonne cohérence des propriétés sur les épaisseurs requises pour l'opération de collage. Dans toute la description, la transmission et l'absorbance de la matière plastique (MP) sont définies en rapport avec l'épaisseur de la première pièce (1), et la transmission et l'absorbance de la colle (3) sont définies en rapport avec l'épaisseur du 15 cordon de colle. De préférence, on ne sélectionne pas une onde qui soit totalement transmise par la matière plastique. En effet, le fait de choisir une onde pour laquelle la matière plastique (MP) est tout de même absorbante (absorbance non nulle), permet de chauffer la première pièce (1), et ainsi, de chauffer la colle également par un phénomène de 20 conduction (la pièce réchauffée chauffe la colle). Ceci à l'avantage d'une part, d'accélérer la chauffe de la colle, et d'autre part, de maintenir la colle à la température de réticulation. Par ailleurs, de préférence, on ne sélectionne pas une onde qui soit totalement absorbée par la colle. En effet, le fait de choisir une onde pour laquelle la colle est tout 25 de même transparente (transmission non nulle), permet d'atteindre la seconde pièce (2), et donc de chauffer toute l'épaisseur de la colle (3). On obtient ainsi une chauffe homogène, en évitant de ne chauffer que la couche supérieure de la colle. Ces exigences en termes de transmission et de longueur d'onde, sont facilement remplies pour les matières plastiques et colles utilisées dans le domaine de l'industrie 30 automobile. L'homme du métier saura donc aisément sélectionner la ou les longueurs adéquates. En particulier, il pourra se référer à des ouvrages tels que R. Klein, Laser Welding of Plastic, Wiley-VCH, p. 55, 64, dans lequel des courbes de transmission ou d'absorbance en fonction de la longueur d'onde sont données pour différentes matières plastiques. 35 De telles courbes peuvent également être aisément obtenues pour toutes les matières plastiques ou toutes colles utilisées dans l'industrie automobile, au moyen d'un spectrophotomètre par exemple. Par ailleurs, l'homme du métier saura réaliser des plans d'expériences du type essai-erreur pour déterminer la meilleure longueur d'onde, en fonction de l'énergie requise pour l'activation et/ou l'accélération de la réaction de réticulation de l'épaisseur de colle (3). En effet, en fonction de la matière plastique (MP), des additifs éventuels de cette matière (MP), de l'épaisseur de la pièce (1), de la colle (3) et de son épaisseur nécessaires pour l'application, l'homme du métier saura choisir la ou les longueurs d'onde nécessaires, la puissance à apporter, et le temps d'exposition. Par ailleurs, l'homme du métier sélectionnera le type de moyen de transmission (4) approprié à l'application. Ainsi, à titre d'exemple non limitatif, pour une tête laser d'une puissance de 400W et une surface d'irradiation de 40x40cm2, une première pièce (1) d'épaisseur 3mm en polypropylène (PP GFL 40%), une surface de colle de 20cm2 (longueur de 20cm et largeur de 1cm) et une épaisseur de colle de 5mm, on peut sélectionner une onde électromagnétique dont la transmission de la matière plastique (MP) dans la pièce (1) vis-à-vis de cette onde est supérieure à 10%, de préférence supérieure à 20%, et dont la transmission de la colle (3) dans l'épaisseur de colle vis-à-vis de cette onde est inférieure à 90%, de préférence inférieure à 50%. Selon cet exemple, une longueur d'onde d'environ 940nm peut être choisie. Ainsi, selon un exemple de réalisation, on utilise une onde électromagnétique ayant une longueur d'onde supérieure à 780nm. Ces ondes sont parfaitement adaptées aux matières plastiques précitées en combinaison avec les colles précitées. Selon un autre exemple, on utilise une onde électromagnétique ayant une longueur d'onde inférieure à 2500nm. Ces ondes sont parfaitement adaptées aux matières 25 plastiques précitées en combinaison avec les colles précitées. Ainsi, selon un exemple de réalisation particulièrement bien adapté aux matériaux utilisés dans l'industrie automobile, on utilise une onde électromagnétique ayant une longueur d'onde supérieure à 780nm et ayant une longueur d'onde inférieure à 2500nm. 30 Selon un mode de réalisation, on émet un ensemble (une gamme) d'ondes électromagnétiques, dont chaque longueur d'onde respecte les contraintes imposées en termes de transmission et absorption vis-à-vis de la matière plastique et de la colle. De préférence, ces ondes ont des longueurs d'onde comprises entre 400nm et 5000nm, de préférence entre 780nm et 2500nm. 35 Ce type d'onde électromagnétique appartient notamment au domaine des infrarouges proches (ou infrarouges courts). On peut émettre cet ensemble d'ondes électromagnétiques au moyen d'un émetteur à infrarouge, tel qu'une lampe infrarouge. Lorsque l'on souhaite plutôt utiliser une seule longueur d'onde, on utilise de préférence une source laser. Selon un mode de réalisation, on n'irradie pas la colle jusqu'à ce qu'elle soit entièrement réticulée. En effet, on émet l'onde électromagnétique jusqu'à ce que, après réticulation d'au moins une partie de la colle (3), la manipulation de l'ensemble des deux pièces (1, 2) sans mouvement relatif des pièces l'une par rapport à l'autre soit possible. Ceci permet d'accélérer le temps de cycle de production, la colle finissant de réticuler lors de temps morts (par exemple pendant des temps de transfert au poste 10 suivant ou des temps de stockage). Selon un autre mode de réalisation, lorsque l'on souhaite colorer la première pièce, alors on sélectionne un colorant de façon à ce que la transmission de l'onde à travers ledit colorant ne soit pas nulle, et l'on utilise une matière plastique (MP) comportant ledit colorant, où l'on ajoute ce colorant à une matière plastique existante. 15 Selon un autre mode de réalisation, on préchauffe au moins une des pièces (1, 2) avant la mise en place de la seconde pièce (2). L'invention concerne également une installation de collage d'une première pièce (1) en matière plastique (MP) et d'une seconde pièce (2). L'installation comporte : 20 un support de positionnement d'une des pièces par rapport à l'autre ; et au moins un moyen de transmission d'au moins une onde électromagnétique à travers ladite matière plastique (MP). Les moyens de transmission sont de préférence adaptés à émettre des ondes électromagnétiques de longueurs d'onde comprises entre 400nm et 5000nm, de 25 préférence entre 780nm et 2500nm. Les moyens de transmission comportent au moins un émetteur à infrarouge et/ou une lampe infrarouge et/ou une source laser. Un avantage à utiliser une lampe infrarouge est que l'apport de chaleur est mieux réparti qu'avec un laser dont les photons se dirigent perpendiculairement à la surface. 30 REVENDICATIONS1. Procédé de collage d'une première pièce (1) en matière plastique (MP) et d'une seconde pièce (2), dans lequel on dépose au moins une épaisseur de colle (3) sur au moins une desdites pièces (1, 2), et l'on met en place l'autre pièce (2, 1) contre l'épaisseur de colle (3), caractérisé en ce que : - on sélectionne au moins une onde électromagnétique de longueur d'onde donnée, de façon à ce que la transmission de ladite matière plastique (MP) vis-à-vis de cette onde ne soit pas nulle, et de façon à ce que l'absorbance de la colle (3) vis-à-vis de cette onde ne soit pas nulle ; et - on chauffe au moins une partie de la colle (3) en l'irradiant directement par émission de ladite onde électromagnétique à travers ladite matière plastique (MP) de façon à activer et/ou accélérer une réticulation de la colle (3). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on sélectionne au moins une onde électromagnétique dont l'absorbance de ladite matière plastique (MP) vis-à-vis de cette onde n'est pas nulle 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on sélectionne au moins une onde électromagnétique dont la transmission de la colle (3) vis-à-vis de cette onde n'est pas nulle. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on émet un ensemble d'ondes électromagnétiques, dont les longueurs d'ondes sont comprises entre 400nm et 5000nm, de préférence entre 780nm et 2500nm. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel l'onde électromagnétique a une longueur d'onde supérieure à 780nm. 6 Procédé selon l'une des revendications 4 et 5, dans lequel l'onde électromagnétique a une longueur d'onde inférieure à 2500nm. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on émet un ensemble d'ondes électromagnétiques au moyen d'un émetteur à infrarouge. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel on émet ladite onde électromagnétique au moyen d'une source laser. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on émet ladite onde électromagnétique jusqu'à ce que, après réticulation d'au moins une partie de la colle (3), la manipulation de l'ensemble des deux pièces (1, 2) sans mouvement relatif des pièces l'une par rapport à l'autre soit possible. 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la matière plastique (MP) est choisie parmi les matières suivantes : une matière thermoplastique telle qu'un polyoléfine (polypropylène) ou un thermoplastiquestyrénique ou un polyamide, une matière thermodurcissable, un silicone. 11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la colle (3) est choisie parmi les colles suivantes : polyuréthane, époxy, méthacrylate, cyanoacrylate. 12. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on utilise une matière plastique (MP) comportant un colorant, le colorant étant choisi de façon à ce que la transmission de l'onde à travers ledit colorant ne soit pas nulle. 13. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on préchauffe au moins une des pièces (1, 2) avant la mise en place de la seconde pièce (2), et on sélectionne l'onde électromagnétique en fonction de ta température de la première pièce ainsi préchauffée. 14. Installation de collage d'une première pièce (1) en matière plastique (MP) et d'une seconde pièce (2), caractérisé en ce qu'elle comporte : - un support de positionnement d'une des pièces par rapport à l'autre ; et - au moins un moyen de transmission d'au moins une onde électromagnétique à travers ladite matière plastique (MP). 15. Installation selon la revendication 14, dans laquelle les moyens de transmission sont adaptés à émettre des ondes électromagnétiques de longueurs d'onde comprises entre 400nm et 5000nm, de préférence entre 780nm et 2500nm. 16. Installation selon la revendication 15, dans laquelle les moyens de transmission comportent au moins un émetteur à infrarouge et/ou une lampe infrarouge et/ou une source laser.