Brevet FR3063927A1 — publié le 20180921

DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION L'invention concerne un procédé de fabrication par moulage d'une pièce en matériau composite pré-imprégné, et l'utilisation d'une telle pièce. L'invention trouve notamment des applications dans le domaine de la construction automobile. Un matériau composite pré-imprégné est un semi-produit constitué d'un renfort tel que des fibres, tissées ou non tissées, associé à un liant de résine thermoplastique ou thermodurcissable par une technique de dispersion et/ou d'imprégnation. On entend par semi-produit un produit partiellement élaboré à partir de matière première. L'invention sera plus particulièrement décrite au regard d'un procédé visant à fabriquer des pièces de forme non développable comportant des formes surmoulées par injection, et éventuellement des éléments surmoulés appelés inserts. Une pièce de forme non-développable est une pièce ne pouvant pas être appliquée à un plan, c'est-à-dire ne pouvant pas être déployée le long d'une génératrice ayant le même plan tangent à celle-ci. ÉTAT DE LA TECHNIQUE Il est connu de l'art antérieur de fabriquer des pièces en matériau composite pré-imprégné grâce à un procédé de moulage par thermocompression de tissu composite pré-imprégné. En variante, l'estampage consiste à réchauffer dans une première étape une plaque, dite « organosheet », consituée de plusieurs plis consolidés en matériau 25 composite pré-imprégné, puis à l'emboutir dans une deuxième étape avec un moule métallique froid. Les pièces en matériau composite pré-imprégné ainsi obtenues comportent un renfort fibreux qui permet un renforcement mécanique du matériau. Ces procédés connus présentent des inconvénients. Des effets de bord, se 30 caractérisant pas un empilement de tissus non consolidés, sont observés en périphérie. Une opération de détourage est alors nécessaire pour supprimer les imperfections, ce qui implique des coûts supplémentaires et peut provoquer des dégradations. 3063927 2 Il est également connu de fabriquer des pièces en matériau composite renforcé grâce à un procédé de moulage par injection de thermoplastiques renforcés de fibres structurantes. Les pièces obtenues par injection ne peuvent cependant contenir que des 5 fibres courtes, de taille inférieure à 2mm et isotropes, ce qui limite le renforcement mécanique apporté par le renfort fibreux. OBJET DE L'INVENTION La présente invention vise à remédier aux inconvénients de l'état de la 10 technique cités ci-dessus. A cet effet, la présente invention propose un procédé permettant la fabrication de pièces en matériau composite pré-imprégné ne nécessitant pas d'opération de détourage, compatible avec tous types de matériau composite pré-imprégné, à matrice thermoplastique ou thermodurcissable, et dont le renfort fibreux permet un 15 renforcement mécanique supérieur à l'art antérieur. Selon l'invention, le procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite pré-imprégné est caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : a) Moulage par thermocompression dans un moule, d'un matériau composite pré-imprégné d'un polymère dit d'imprégnation, et 20 b) Injection d'un polymère ou mélange de polymères dit injecté compatible avec ledit polymère d'imprégnation en périphérie ou en surépaisseur du matériau composite pré-imprégné, de sorte à créer des formes surmoulées par injection, les étapes a) et b) étant réalisées à une température sensiblement égale à la température de fusion ou de réticulation du polymère ou mélange de polymères injecté. On parle de procédé hybride (injection et thermocompression). Par compatible on entend que le polymère ou mélange de polymère est apte à se mélanger avec le polymère d'imprégnation du matériau composite pré-imprégné, à une température sensiblement égale à la température de fusion ou de réticulation dudit polymère ou mélange de polymères injecté. L'invention vise plus particulièrement un polymère ou mélange de polymères pour les étapes a) et b), mais on peut envisager pour l'imprégnation de l'étape a) et/ou l'injection de l'étape b) tout autre type de matériau adéquat. 3063927 3 Le polymère ou mélange de polymères injecté peut être une résine. Le matériau composite pré-imprégné est chargé en fibres. La pièce ainsi fabriquée présente un surmoulage permettant d'éviter les effets de bord dus au moulage par thermocompression. 5 L'étape a) de moulage permet de consolider et mettre en forme le matériau composite pré-imprégné. Le matériau composite pré-imprégné est de préférence sous forme d'un tissu, mais peut être sous forme de non tissé (aussi appelé NCF : non crimp fiber), ou de mat. 10 Ainsi, l'étape b) d'injection est facilitée par la drappabilité (déformabilité) supérieure du tissu par rapport à une plaque dite « organosheet », même réchauffée. Selon une caractéristique, les étapes a) et b) sont réalisées simultanément dans un seul et même moule. Le polymère d'imprégnation est de préférence identique au polymère ou 15 mélange de polymère injecté de l'étape b). De manière avantageuse, le polymère d'imprégnation et le polymère injecté sont du PA66. Par ailleurs, la géométrie des pièces composites moulées par thermocompression à partir de plaques consolidées se limite à une forme 20 développable. Elles présentent une épaisseur constante sans singularité de type nervures, clips ou futs de vissage, et il est nécessaire de surmouler des formes par injection dans une deuxième étape. Cependant, l'adhérence de ces formes surmoulées avec le matériau composite moulé par thermocompression n'est pas satisfaisante de par la différence 25 de température et/ou la différence de nature chimique des polymères d'imprégnation et d'injection. Il est donc nécessaire de réaliser un ancrage mécanique. Par ancrage mécanique on entend assemblage de la partie injectée à la partie thermocompressée sans adhérence interfaciale. L'invention vise également à résoudre ces inconvénients en proposant un 30 procédé tel que décrit précédemment. Le polymère ou mélange de polymères injecté est injecté en périphérie ou surépaisseur du matériau composite pré-imprégné de sorte à conférer à la pièce moulée une forme non développable. 3063927 4 Le polymère ou mélange de polymères injecté adhère au matériau composite pré-imprégné, et plus particulièrement au polymère d'imprégnation, sans nécessiter d'ancrage supplémentaire. Dans le cas où, les étapes a) et b) sont réalisées simultanément dans un seul 5 et même moule, ledit moule comporte avantageusement une cavité de forme non développable. Le polymère ou mélange de polymères injecté est injecté en périphérie du moule de sorte à remplir un volume périphérique compris entre le périmètre du matériau composite pré-imprégné et la cavité du moule. 10 Selon cette caractéristique, le moule présente des formes telles que des rainures, clips et/ou futs de vissage, dans lesquelles est injecté le polymère ou mélange de polymères injecté. La pièce moulée est ainsi rigidifiée et/ou fonctionnalisée par la présence des formes surmoulées par injection. 15 De manière avantageuse, le procédé de fabrication selon l'invention comporte une étape c) de refroidissement du moule avant éjection de la pièce moulée. Cette étape de refroidissement consiste à abaisser la température du moule en dessous de la température de fusion ou de réticulation du polymère ou mélange de polymères injecté. 20 Une amélioration du procédé consiste à concevoir un entrefer réglable afin de permettre le moulage de la pièce selon différentes épaisseurs. La variation d'entrefer permet de varier le volume de la cavité, et donc de placer plus d'épaisseur de matériau composite et de polymère ou mélange de polymère injecté. Dans le cas où le matériau composite pré-imprégné est un tissu, le procédé 25 de fabrication de l'invention comporte avantageusement une étape a') préalable qui consiste à découper le tissu selon un profil correspondant au développé de la pièce à fabriquer, et auquel on retire avantageusement une largeur comprise entre 1 et 5 mm sur le périmètre permettant de laisser un espace pour le polymère injecté. Selon cette caractéristique le moule comporte une frette équipée d'une lame 30 permettant de découper le composite dans le moule. Le tissu composite pré-imprégné consiste de préférence en un empilement de plusieurs plis de tissus. 3063927 5 Selon cette caractéristique, le moule comporte des aiguilles mobiles aptes à maintenir les plis pendant la fermeture du moule. L'invention concerne en outre une pièce obtenue par le procédé tel que décrit précédemment. 5 Une telle pièce ne présente aucun ancrage mécanique ou trace résultant d'une étape d'ancrage mécanique. En outre, une telle pièce ne présente pas de dégradation résultant d'une opération de détourage. L'invention porte également sur l'utilisation d'une pièce telle que décrite 10 précédemment en industrie automobile, ferroviaires, nautiques ou aéronautiques. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres avantages, buts et caractéristiques particulières de la présente invention ressortiront de la description non limitative qui suit d'au moins un mode de 15 réalisation particulier des dispositifs objets de la présente invention, en regard des dessins annexés, dans lesquels : La Figure 1 est une vue schématique illustrant le procédé de l'invention. La Figure 2 est une photographie d'une pièce moulée grâce au procédé de l'invention. 20 DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE MODES DE RÉALISATION DE L'INVENTION La Figure 1 illustre le procédé de fabrication d'une pièce moulée 3 (Figure 2) en matériau composite pré-imprégné selon l'invention. 25 Un tissu 1 en matériau composite pré-imprégné de PA66 est disposé dans un moule M à température ambiante, ledit moule comportant des canaux T de régulation thermique et une cavité C de forme non développable, c'est-à-dire comportant des formes F dites périphériques, telles que des rainures, clips et/ou futs de vissage. Le moule M est ensuite fermé et chauffé à une température sensiblement 30 égale à la température de fusion du PA66, grâce aux canaux T de régulation thermique. Puis, simultanément, le moule M est mis sous pression de manière à compresser le tissu 1, on parle de thermocompression, et du PA66 2 est injecté en 3063927 6 périphérie du tissu 1, dans les formes F périphériques. Le PA66 2 injecté se propage dans la cavité C du moule M, de sorte à remplir un volume périphérique compris entre le périmètre du tissu 1 en matériau composite pré-imprégné et la cavité C du moule. 5 Enfin le moule M est refroidi à température ambiante, grâce aux canaux T de régulation thermique, pour permettre l'éjection de la pièce moulée 3 (Figure 2). Ainsi, lors de la fabrication de la pièce moulée 3 (Figure 2), la température du moule M est cyclée d'une température ambiante, à une température sensiblement égale à la température de fusion ou de réticulation du PA66. 1 0 Le chauffage et le refroidissement du moule M sont réalisés par circulation de fluide dans les canaux T de régulation thermique. Dans une variante non représentée, le chauffage et le refroidissement du moule sont réalisés par d'autres moyens tels que : induction ou cartouches chauffantes. 15 La Figure 2 illustre une pièce moulée 3 selon le procédé de l'invention. La pièce comporte une partie dite centrale 4 en matériau composite pré- imprégné, et une partie dite périphérique 5 en PA66. La pièce est de forme non développable et ne présente pas d'effet de bord. La partie périphérique 5 consiste en des formes surmoulées par injection. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'une pièce (3) en matériau composite pré-imprégné, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : a) Moulage par thermocompression dans un moule (M), d'un matériau composite pré-imprégné (1) d'un polymère dit d'imprégnation, et b) Injection d'un polymère ou mélange de polymères dit injecté (2) compatible avec ledit polymère d'imprégnation en périphérie ou en surépaisseur dudit matériau composite pré-imprégné (1), de sorte à créer des formes (5) surmoulées par injection, les étapes a) et b) étant réalisées à une température sensiblement égale à la température de fusion ou de réticulation du polymère ou mélange de polymères injecté (2). Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le matériau composite pré-imprégné (1) est sous forme d'un tissu. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le polymère d'imprégnation est de préférence identique au polymère ou mélange de polymère injecté (2) de l'étape b). Procédé selon l'une quelconques des revendications précédentes, caractérisé en ce que le polymère ou mélange de polymères injecté (2) est injecté en périphérie ou surépaisseur du matériau composite pré-imprégné (1) de sorte à conférer à la pièce (3) moulée une forme non développable. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les étapes a) et b) sont réalisées simultanément dans un seul et même moule (M). Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le moule (M) présente des formes telles que des rainures, clips et/ou futs de vissage, dans lesquelles est injecté le polymère ou mélange de polymères injecté (2). Procédé selon l'une quelconques des revendications 5 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte une étape c) de refroidissement du moule (M) avant éjection de la pièce (3) moulée. Pièce (3) obtenue par le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 102. 3. 15 4. 20 5. 6. 25 7. 30 8. 3063927 8 9. Pièce (3) selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'elle ne présente aucun ancrage mécanique ou trace résultant d'une étape d'ancrage mécanique. 10. Utilisation d'une pièce (3) selon la revendication précédente, en industrie 5 automobile, ferroviaires, nautiques ou aéronautiques.