Brevet FR3054273A1 — publié le 20180126

Procédé de fabrication d'une pièce d'équipement de véhicule automobile et pièce d'équipement associée La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce d'équipement de véhicule automobile, du type comprenant les étapes suivantes : - fourniture d'un panneau composite comprenant ; une première et une deuxième peaux, chacune desdites première et deuxième peaux comportant des fibres de renfort liées entre elles par une matrice polymère ; et un écarteur comprenant deux faces opposées, chacune des première et deuxième peaux étant fixée à l'une desdites faces ; le panneau composite présentant une épaisseur d'insertion formée par la première peau et l'écarteur ; - fourniture d'un élément de fixation comprenant un fût réalisé en matériau thermoplastique ; puis - mise en rotation de l'élément de fixation et insertion simultanée du fût dudit élément de fixation dans ledit panneau composite, du côté de la première peau. Un procédé du type précité est notamment connu du document US2014/0140779. Ce procédé, de type soudure par friction, permet d'assembler un insert thermoplastique avec un panneau composite de type « sandwich », comprenant deux peaux fixées à un écarteur. La rotation à grande vitesse ramollit par friction le matériau thermoplastique du fût, qui se fixe alors à l'écarteur en se déformant. L'insert solidarisé au panneau sert par exemple de support à des éléments auxiliaires tels que des arbres rotatifs, des poignées ou des anneaux de fixation de sangles. Les pièces d'équipement ainsi formées sont par exemple de type tablette arrière, plancher de chargement ou garniture latérale de coffre. Les panneaux composites de type « sandwich » dont les écarteurs possèdent une faible masse surfacique sont avantageusement utilisés pour la formation de pièces d'équipement, en raison de leur faible poids. Cependant, un procédé tel que décrit ci-dessus est inadapté à de tels panneaux composites. En effet, les écarteurs présentent une densité insuffisante pour permettre un ancrage efficace de l'élément de fixation. Ce dernier risque alors d'être arraché du panneau sous l'effet d'une traction, même modérée. Il est connu du document FR1560822, non encore publié, de renforcer localement l'écarteur au moyen d'une résine polymère avant de l'associer à un insert. Un tel procédé est cependant complexe à mettre en oeuvre et augmente significativement les coûts de production des pièces d'équipement. La présente invention a pour but de proposer un procédé simplifié, permettant l'assemblage d'un élément thermoplastique avec un panneau composite de type « sandwich », quelle que soit la masse surfacique de l'écarteur. 3054273 2 A cet effet, l'invention a pour objet un procédé du type précité, dans lequel : - une hauteur du fût de l'élément de fixation, entre une première et une deuxième extrémités, est supérieure à l'épaisseur d'insertion du panneau composite ; - la deuxième peau comporte des pores ouverts sur une première face, fixée à 5 l'écarteur ; - l'insertion du fût dans le panneau composite est poursuivie jusqu'à la mise en contact de la première extrémité dudit fût avec la première face de la deuxième peau, une friction avec ladite deuxième peau provoquant alors une fusion du matériau thermoplastique de ladite première extrémité du fût ; puis 10 - ledit matériau thermoplastique fondu pénètre dans les pores de ladite première face ; - la rotation de l'élément de fixation est stoppée ; puis - le matériau thermoplastique du fût revient à l'état solide après refroidissement, solidarisant l'élément de fixation et la deuxième peau du panneau composite. 15 Suivant d'autres aspects avantageux de l'invention, le procédé comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - l'écarteur du panneau composite comporte une structure alvéolaire, ledit écarteur étant préférentiellement formé d'un matériau fibreux de type papier ou carton ; 20 - la deuxième peau présente une porosité supérieure ou égale à 10% ; - la matrice polymère de la deuxième peau est formée d'un matériau thermoplastique similaire ou identique à celui du fût de l'élément de fixation ; - la vitesse de rotation de l'élément de fixation durant l'insertion du fût dans le panneau composite est supérieure ou égale à 2500 tours/min ; 25 - les fibres de renfort de la deuxième peau sont des fibres cellulosiques ; - le matériau thermoplastique du fût de l'élément de fixation a une température de fusion inférieure ou égale à 200 °C ; - l'élément de fixation comporte une tête solidaire de la deuxième extrémité du fût, une dimension transversale maximale de la tête étant supérieure à une dirnension 30 transversale maximale dudit fût ; - le procédé comprend en outre une étape de fourniture d'un élément auxiliaire à assembler au panneau composite, ledit élément auxiliaire comprenant un orifice d'assemblage, l'insertion du fût de l'élément de fixation dans le panneau composite étant réalisé à travers ledit orifice d'assemblage, de sorte à emprisonner ledit élément auxiliaire 35 entre la première face du panneau composite et la tête de l'élément de fixation. 3054273 3 L'invention se rapporte en outre à une pièce d'équipement de véhicule automobile, susceptible d'être issue d'un procédé de fabrication tel que décrit ci-dessus. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur 5 lesquels : - la figure 1 est une vue schématique, en coupe, d'une pièce d'équipement de véhicule automobile selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe d'un élément de fabrication de la pièce d'équipement de la figure 1 ; 10 - la figure 3 est une vue en coupe d'un élément de fabrication selon une variante de réalisation de l'invention ; et la figure 4 est une vue schématique d'une étape de fabrication de la pièce d'équipement de la figure 1. La figure 1 représente une pièce 10 d'équipement de véhicule automobile. La 15 pièce 10 est une pièce structurante, telle qu'une tablette arrière de masquage de coffre, un faux plancher d'habitacle ou de coffre, ou un sous-moteur. La pièce d'équipement 10 comporte un panneau composite 12, un élément auxiliaire 14 assemblé audit panneau, et un élément de fixation 16 solidarisant ledit panneau composite 12 et ledit élément auxiliaire 14. 20 Le panneau composite 12 est une structure de type « sandwich », comprenant une première face 18 et une deuxième face 20 opposées. Plus précisément, le panneau composite 12 comporte une première 22 et une deuxième 24 peaux, formant respectivement la première 18 et la deuxième 20 faces du panneau composite 12. Le panneau composite 12 comporte en outre un écarteur 26, 25 interposé entre les deux peaux 22, 24. Plus particulièrement, les première 22 et deuxième 24 peaux sont fixées sur des faces opposées de l'écarteur 26. L'écarteur 26 est préférentiellement réalisé à base d'une structure alvéolaire ou en nid d'abeille. Ainsi, l'écarteur 26 présente une pluralité de parois 27 sensiblement perpendiculaires aux faces 18, 20 du panneau 12. Les parois 27 délimitent des espaces 30 centraux de contour fermé formant les alvéoles. Les alvéoles définissent par exemple des mailles polygonales, notamment hexagonales. L'écarteur 26 est avantageusement réalisé en un matériau léger, tel que du papier ou du carton. La masse surfacique de l'écarteur 26 est de préférence inférieure à 1500 g/m2 et est sensiblement comprise entre 400 g/m2 et 1200 g/m2. 35 Les première 22 et deuxième 24 peaux ont une masse surfacique supérieure, et préférentiellement une épaisseur inférieure, à celles de l'écarteur 26. Chacune desdites 3054273 4 peaux 22, 24 comporte des fibres de renfort 28 liées entre elles par une matrice polymère 30. Les fibres de renfort 28 sont par exemple choisies parmi des fibres de carbone, des fibres céramiques telles que des fibres de verre, ou encore des fibres cellulosiques d'origine naturelle telles que des fibres de lin, de chanvre, de kénaf ou de jute. 5 Selon un premier mode de réalisation, la matrice polymère 30 est une matrice thermoplastique, comprenant notamment un ou plusieurs matériaux choisis parmi les polyamides (PA), les polyéthylènes (PE), les polypropylènes (PP) et les polyesters comme le poly(téréphtalate d'éthylène) (PET). Selon un deuxième mode de réalisation, la matrice polymère 30 est une matrice 10 thermodurcissable, comprenant notamment un ou des polyesters insaturés. Dans le mode de réalisation de la figure 1, on considère que les première 22 et deuxième 24 peaux sont sensiblement identiques. Selon une variante, les première et deuxième peaux sont différentes, comprenant notamment des fibres de renfort 28 et/ou une matrice polymère 30 différentes. 15 En particulier, la deuxième peau 24 comporte une première face 32, au contact de l'écarteur 26, et une deuxième face 20, correspondant à la deuxième face du panneau composite 12. La deuxième peau 24 présente une porosité significative, en particulier au niveau de sa première face 32. Des pores de la deuxième peau 24 sont notamment ouverts sur la première face 32. 20 En particulier, la porosité de la deuxième peau 24 est préférentiellement supérieure ou égale à 10%, plus préférentiellement supérieure ou égale à 15%. La porosité est définie comme le rapport entre le volume des pores et le volume total de la deuxième peau 24, notamment à proximité de l'élément de fixation 16. La porosité de la deuxième peau 24 est notamment conditionnée par son procédé 25 de fabrication. Selon un premier mode de réalisation, la deuxième peau 24 est formée par compression à chaud d'une nappe de base comportant des fibres de renfort mêlées à des fibres de polymère thermoplastique. Un procédé de fabrication d'un panneau composite 12 correspondant est décrit dans le document EP2822746, au nom de la Demanderesse. A titre indicatif, la porosité de la deuxième peau 24 obtenue selon un tel procédé est de 30 l'ordre de 30% à 45%. Selon un deuxième mode de réalisation, la deuxième peau 24 est formée par compression à chaud d'un empilement de voiles de fibres parallèles liées entre elles par une résine thermodurcissable. Un procédé de fabrication d'un panneau composite 12 correspondant est décrit dans le document W02015055847, au nom de la 35 Demanderesse. A titre indicatif, la porosité de la deuxième peau 24 obtenue selon un tel procédé est de l'ordre de 20%. 3054273 5 Selon un troisième mode de réalisation, la deuxième peau 24 est formée par compression à chaud d'un mat de fibres de renfort superposé à une couche de polymère thermoplastique. Un procédé de fabrication d'un panneau composite 12 correspondant est décrit dans le document FR3014731, au nom de la Demanderesse. A titre indicatif, la 5 porosité de la deuxième peau 24 obtenue selon un tel procédé est de l'ordre de 15%. Le panneau composite 12 présente une épaisseur d'insertion 34, considérée entre la première face 18 dudit panneau et la première face 32 de la deuxième peau 24. L'élément auxiliaire 14 assemblé au panneau 12 est par exemple une pièce métallique de fixation pour un accessoire, tel qu'une poignée ou une sangle. L'élément 10 auxiliaire comporte notamment une plaque 36, au contact de la première face 18 du panneau 12. La plaque 36 est traversée par un orifice d'assemblage 38. L'élément de fixation 16 est disposé selon un axe 40. Dans la pièce d'équipement 10, l'axe 40 est perpendiculaire aux première 18 et deuxième 20 faces du panneau 12. La figure 2 représente un élément de fixation 16A, correspondant à l'élément de 15 fixation 16 de la figure 1 avant formation de la pièce d'équipement 10. L'élément de fixation 16, 16A a sensiblement une forme de révolution autour de l'axe 40. Plus précisément, l'élément de fixation 16, 16A comporte une tête 42 sensiblement en forme de disque, et un fût 44, 44A. Une première extrémité dudit fût est solidaire de la tête 42. 20 Le fût 44, 44A est formé d'un matériau thermoplastique 45, par exemple choisi parmi un polyamide, un polypropylène ou un polyester tel que le PET. De préférence, la tête 42 est formée d'une pièce avec le fût 44, 44A. Dans le mode de réalisation des figures 1 et 2, le fût 44, 44A a une forme sensiblement tronconique, effilée depuis la tête 42 vers une seconde extrémité 46, 46A 25 dudit fût. Un diamètre maximal du fût 44, 44A, à proximité de la tête 42, est inférieur au diamètre de l'orifice d'assemblage 38 de l'élément auxiliaire 14, lui-même inférieur au diamètre de la tête'42. Dans la pièce d'équipement 10 de la figure 1, le fût 44 est inséré dans le panneau composite 12 et dans l'orifice d'assemblage 38 de l'élément auxiliaire 14, de sorte à 30 maintenir la plaque 36 entre la tête 42 et la première face 18 dudit panneau 12. La figure 3 représente un élément de fixation 116A, correspondant à une variante de réalisation de l'élément de fixation 16A. L'élément de fixation 116A comporte un fût 44A tel que décrit précédemment. La première extrémité dudit fût est formée par une surface plane 142, perpendiculaire à l'axe 40. L'élément de fixation 116A est destiné à 35 former une pièce d'équipement par assemblage avec un panneau composite 12, la surface plane 142 affleurant la première face 18 dudit panneau 12. 3054273 6 De préférence, l'élément de fixation 16, 16A, 116A comporte une empreinte 48 disposée selon l'axe 40. L'empreinte 48 forme un trou borgne, ouvert sur la tête 42 ou la surface plane 142. Comme il sera décrit plus bas, l'empreinte 48 est destinée à assembler l'élément de fixation 16A, 116A avec un outil de montage de la pièce d'équipement 10. En 5 particulier, l'empreinte 48 comporte des surfaces 50 de blocage en rotation par rapport audit outil. Lesdites surfaces 50 sont par exemple planes et forment un cylindre de base hexagonale. Le fût 44A présente une hauteur 52 selon l'axe 40, entre la seconde extrémité 46A et la tête 42 ou la surface plane 142. La hauteur 52 est supérieure à l'épaisseur 10 d'insertion 34 du panneau composite 12 associé pour la formation de la pièce d'équipement 10. Dans l'exemple de la figure 1, la hauteur 52 du fût de l'élément de fixation 16A est supérieure à l'épaisseur d'insertion 34 additionnée de l'épaisseur de la plaque 36. A titre indicatif, la hauteur 52 du fût de l'élément de fixation 16A est de l'ordre de 2 15 à 4 cm ; la différence entre ladite hauteur 52 et l'épaisseur d'insertion 34 additionnée de l'épaisseur de la plaque 36 est de l'ordre de 1 à 2 mm. Dans la pièce d'équipement 10 de la figure 1, la seconde extrémité 46 du fût 44 est assemblée à la première face 32 de la deuxième peau 24. Plus précisément, le matériau thermoplastique 45 de l'extrémité 46 est partiellement infiltré dans des pores de 20 la deuxième peau 24, de sorte à solidariser le panneau composite 12 et l'élément de fixation 16. Un procédé de fabrication de la pièce d'équipement 10 de la figure 1 va maintenant être décrit. Un tel procédé met notamment en oeuvre la soudure par friction de l'élément de fixation 16 au panneau composite 12. 25 Un tel procédé met notamment en oeuvre un outil de montage 60, partiellement représenté à la, figure 4. Un tel outil 60 comporte un nez de montage 62, apte à coopérer avec l'empreinte 48 de l'élément de fixation 16, 16A. Un tel outil de montage, ainsi qu'un procédé de montage associé, est notamment décrit dans le document US2014/0140779 déjà cité. 30 Tout d'abord, l'élément de fixation 16A est assemblé au nez de montage 62. L'ensemble ainsi formé est disposé en vis-à-vis de l'orifice d'assemblage 38 de l'élément auxiliaire 14, ainsi que de la première face 18 du panneau 12. L'axe 40 de l'élément de fixation est disposé perpendiculaire à ladite première face 18. Le nez de montage 62 entraîne ensuite en rotation l'élément de fixation 16A à 35 grande vitesse. Ladite vitesse est préférentiellement supérieure ou égale à 2500 tours/min et plus préférentiellement comprise entre 3000 et 6000 tours/min. 3054273 7 Simultanément, l'élément de fixation 16A est déplacé en direction du panneau 12. Comme représenté à la figure 4, la seconde extrémité 46A du fût 44A entre en contact avec la première peau 22, puis traverse ladite peau en raison de la friction et du déplacement axial dudit fût. 5 Au cours de cette étape, les frottements avec ladite première peau 22 font monter en température le matériau thermoplastique 45 de ladite seconde extrémité 46A. Ledit matériau se rapproche de son point de fusion et commence éventuellement à prendre une consistance visqueuse. Après avoir traversé la première peau 22, le fût 44A, toujours en rotation à grande 10 vitesse, traverse l'écarteur 26. Cette étape produit peu d'échauffement en raison de la légèreté du matériau formant ledit écarteur. La seconde extrémité 46A du fût 44A entre alors en contact avec la première face 32 de la deuxième peau 24. Les frottements contre ladite première face conduisent le matériau thermoplastique 45 du fût, déjà échauffé, à atteindre une consistance liquide ou 15 visqueuse. De préférence, la rotation du fût 44A est poursuivie durant une durée assez courte après la mise en contact avec la deuxième peau 24. Cette durée est de l'ordre de 2 secondes environ. En parallèle, en raison du déplacement axial de l'élément de fixation 16A, la tête 42 arrive au contact de la plaque 36, bloquant l'élément auxiliaire 14 contre le 20 panneau 12. La rotation du nez de montage 62 est alors stoppée et ledit nez de montage est extrait de l'empreinte 48. Le matériau thermoplastique 45 liquéfié s'infiltre dans les pores de la deuxième peau 24 à proximité de sa première face 32. Après refroidissement, la seconde extrémité 46 du fût 44 est donc solidaire de ladite deuxième peau 24, assurant 25 l'assemblage de l'élément de fixation 16 et du panneau 12. La pièce d'équipement 10 de la figure 1 est ainsi obtenue. Comme représenté à la figure 1, la seconde extrémité 46 du fût 44 comporte éventuellement un bulbe 64 de forme sensiblement paraboloïde, disposé à l'intérieur de l'écarteur 26. Ledit bulbe est formé par l'effet de la force centrifuge sur le matériau liquide 30 du fût 44A. Selon un procédé analogue au procédé ci-dessus, une pièce d'équipement est formée par assemblage d'un panneau composite 12 décrit ci-dessus et de l'élément de fixation 116A de la figure 3. La rotation du nez de montage 62 est stoppée lorsque la surface plane 142 affleure la première face 18 du panneau 12. L'élément de fixation ainsi 35 assemblé au panneau a notamment une fonction de bloc de fixation d'un élément 3054273 8 auxiliaire. Par exemple, l'empreinte 48 présente une portion taraudée pour assemblage avec une vis. De préférence, la matrice polymère 30 de la deuxième peau 24 est formée d'un matériau thermoplastique similaire ou identique à celui 45 du fût 44, 44A de l'élément de 5 fixation 16, 16A, 116A. Un tel matériau thermoplastique est par exemple un polyamide, un polypropylène ou un polyester. Le matériau liquide du fût 44, 44A a ainsi une meilleure affinité avec ladite matrice, facilitant l'infiltration dudit matériau liquide dans les pores de la deuxième peau 24. Selon un mode de réalisation préférentiel, les fibres de renfort 28 de la deuxième 10 peau 24 sont des fibres cellulosiques d'origine naturelle, telles que des fibres de lin. De telles fibres cellulosiques ont généralement une température de dégradation d'environ 200°C. La courte durée de friction entre l'élément de fixation 16A, 116A et la deuxième peau 24 permet d'éviter que les fibres n'atteignent une telle température à proximité de la zone de contact. Cependant, les fibres cellulosiques 28 sont de préférence associées à 15 un élément de fixation 16 formé d'un matériau 45 dont la température de fusion est inférieure ou égale à 200 °C. Un tel matériau est par exemple le polyamide 11. La vitesse de rotation du nez de montage 62 est notamment choisie en fonction de la nature du matériau 45 du fût 44, 44A. Ladite vitesse est de préférence choisie suffisamment élevée pour limiter la durée de friction avec la deuxième peau 24, en 20 particulier lorsque cette dernière comprend des fibres cellulosiques. Par ailleurs, ladite vitesse est de préférence choisie suffisamment faible pour limiter la taille du bulbe 64 qui se forme sous l'effet de la force centrifuge. REVENDICATIONS1.- Procédé de fabrication d'une pièce d'équipement (10) de véhicule automobile, comprenant les étapes suivantes : - fourniture d'un panneau composite (12) comprenant : une première (22) et une deuxième (24) peaux, chacune desdites première et deuxième peaux comportant des fibres de renfort (28) liées entre elles par une matrice polymère (30) ; et un écarteur (26) comprenant deux faces opposées, chacune des première et deuxième peaux étant fixée à l'une desdites faces ; le panneau composite présentant une épaisseur d'insertion (34) formée par la première peau (22) et l'écarteur (26) ; - fourniture d'un élément de fixation (16A, 116A) comprenant un fût (44A) réalisé en matériau thermoplastique (45) ; puis - mise en rotation de l'élément de fixation et insertion simultanée du fût dudit élément de fixation dans ledit panneau composite, du côté de la première peau (22) ; le procédé étant caractérisé en ce que : - une hauteur (52) du fût de l'élément de fixation, entre une première (46A) et une deuxième (42, 142) extrémités, est supérieure à l'épaisseur d'insertion (34) du panneau composite ; - la deuxième peau (24) comporte des pores ouverts sur une première face (32), fixée à l'écarteur (26) ; - l'insertion du fût dans le panneau composite est poursuivie jusqu'à la mise en contact de la première extrémité (46A) dudit fût avec la première face (32) de la deuxième peau, une friction avec ladite deuxième peau provoquant alors une fusion du matériau thermoplastique (45) de ladite première extrémité du fût ; puis - ledit matériau thermoplastique fondu pénètre dans les pores de ladite première face ; - la rotation de l'élément de fixation est stoppée ; puis - le matériau thermoplastique (45) du fût revient à l'état solide après refroidissement, solidarisant l'élément de fixation et la deuxième peau du panneau composite. 2.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'écarteur (26) du panneau composite comporte une structure alvéolaire, ledit écarteur étant préférentiellement formé d'un matériau fibreux de type papier ou carton. 3054273 10 3.- Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel la deuxième peau (24) présente une porosité supérieure ou égale à 10%. 4.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la matrice 5 polymère (30) de la deuxième peau est formée d'un matériau thermoplastique similaire ou identique à celui (45) du fût de l'élément de fixation. 5.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la vitesse de rotation de l'élément de fixation durant l'insertion du fût dans le panneau composite est 10 supérieure ou égale à 2500 tours/min. 6.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les fibres de renfort (28) de la deuxième peau sont des fibres cellulosiques. 15 7.- Procédé selon la revendication 6, dans lequel le matériau thermoplastique (45) du fût de l'élément de fixation a une température de fusion inférieure ou égale à 200 °C. 8.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'élément de fixation comporte une tête (42) solidaire de la deuxième extrémité du fût, une dimension 20 transversale maximale de la tête étant supérieure à une dimension transversale maximale dudit fût. 9.- Procédé selon la revendication 8, comprenant en outre une étape de fourniture d'un élément auxiliaire (14) à assembler au panneau composite, ledit élément auxiliaire 25 comprenant un orifice d'assemblage (38), l'insertion du fût de l'élément de fixation dans le panneau composite étant réalisé à travers ledit orifice d'assemblage, de sorte à emprisonner ledit élément auxiliaire entre la première face (18) du panneau composite et la tête (42) de l'élément de fixation. 30 10.- Pièce (10) d'équipement de véhicule automobile, issue d'un procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes.