Brevet FR3065392A1 — publié le 20181026

Procédé de fabrication d'une pièce structurelle pour véhicule automobile, présentant des finitions améliorées La présente invention concerne la fabrication d'une pièce structurelle, notamment d'une tablette arrière de véhicule automobile. Une tablette arrière de véhicule automobile est destinée à équiper un coffre arrière de ce véhicule automobile, afin notamment de séparer ce coffre d'un habitacle du véhicule. Une telle tablette arrière est formée par un panneau, présentant une rigidité suffisante pour que la tablette puisse recevoir et supporter des objets. On connait déjà, dans l'état de la technique, un procédé de fabrication d'une tablette arrière à partir d'un matériau composite à base de fibres de verre et de polypropylène (généralement connu sous le nom « Sommold »). Ce matériau est notamment utilisé en tant que tel pour réaliser des pièces structurelles. Ce matériau est réalisé sous la forme d'une nappe selon un procédé textile classique (cardage, nappage et aiguilletage), qui permet un mélange intime des fibres de verre et des fibres thermoplastiques, avant d'être thermoformé pour ainsi former une pièce structurelle. La matrice du matériau composite est alors formée par le polymère issu des fibres thermoplastiques. Une telle tablette n'apporte toutefois pas entière satisfaction. En particulier, une telle tablette en Sommold est particulièrement lourde, présentant une masse surfacique supérieure à 2kg/m2, afin notamment de présenter une résistance satisfaisante au fluage à haute température. Par ailleurs, une telle tablette présente généralement sur ses bords des affleurements de fibres de verre qui sont désagréables au toucher et peuvent parfois causer de légères coupures. De plus, dans certains cas, la découpe de la pièce entraine une très faible épaisseur sur les bords, ce qui les rend tranchants. En outre, les fibres de verre traversent parfois la couche de parement, généralement un textile du type aiguilleté, provoquant des irritations de la peau. Afin de remédier à ces inconvénients, diverses solutions ont été proposées. En particulier, afin de remédier aux bords agressifs, il est possible d'appliquer des bandes en plastique extrudées, présentant une section en U, sur les bords de la tablette afin de recouvrir les affleurements de fibres de verre. Toutefois, le montage de telles bandes demande des opérations supplémentaires lors de la fabrication de la tablette, donc un surcoût. En outre, de telles bandes ne sont généralement pas suffisamment esthétiques. 3065392 2 Par ailleurs, afin de remédier à la masse excessive, il a été proposé de remplacer le Polypropylène par du polytéréphtalate d'éthylène (PET), présentant un module d'Young supérieur et un meilleur comportement à haute température, ce qui a entrainé des réductions de masse de l'ordre de 25%. Toutefois, un tel procédé requiert des temps de 5 cycle plus longs car la transformation de ce matériau s'effectue à 250°C, ce qui implique des surcoûts. En outre, la réduction de masse obtenue par ce procédé n'est pas considérée comme suffisante. L'invention a notamment pour but de remédier aux inconvénients précités, en fournissant un procédé de fabrication d'une pièce structurelle, notamment d'une tablette 10 arrière de véhicule automobile, présentant une masse réduite et dont les bords ne sont pas agressifs, et cela sans impliquer de surcoût particulier. A cet effet, l'invention a notamment pour objet un procédé de fabrication d'une pièce structurelle, notamment d'une tablette arrière de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte : 15 - une étape de fourniture des éléments suivants : un écarteur alvéolé, deux mats de fibres de verre, deux couches de polymère thermoplastique, et deux nappes de non-tissé ; - une étape d'assemblage de ces éléments pour former une structure, les éléments étant empilés dans l'ordre suivant : l'une des nappes de non-tissé, puis l'un des 20 mats de fibres de verre, puis l'une des couches de polymère, puis l'écarteur alvéolé, puis l'autre des couches de polymère, puis l'autre des mats de fibres de verre, puis l'autre des nappes de non-tissé ; - une étape de chauffage de la structure au moins jusqu'à une température de fusion du polymère, de sorte que le polymère fondu se répande à travers les mats de fibre 25 de verre et imprègne l'intégralité de l'écarteur alvéolé ; puis - une étape de thermoformage de la structure dans un moule, l'étape de thermoformage comportant la déformation de l'écarteur alvéolé. En fondant, le polymère, du fait de sa faible viscosité, vient imprégner l'écarteur alvéolé. L'écarteur alvéolé devient alors malléable et se laisse déformer en épousant 30 parfaitement les formes du moule. Il est alors possible de donner toute forme envisageable à la pièce structurelle, et notamment de réaliser des bords ne présentant pas de problème d'agressivité. En outre, une telle pièce structurelle est relativement légère, sans impliquer de surcoût particulier. 3065392 3 Un procédé de fabrication selon l'invention peut comporter en outre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou selon toutes combinaisons techniquement envisageables. - L'écarteur alvéolé présente des alvéoles de type nid-d'abeilles. 5 - L'écarteur alvéolé est réalisé en papier, par exemple en carton. - Le polymère présente une viscosité comprise entre 40g/10mn et 80g/10mn lorsque sa température est supérieure de 10°C à satempérature de fusion. - Chaque couche de polymère présente une masse surfacique comprise entre 100 g/m2 et 300 g/m2. 10 - L'écarteur alvéolé présente une épaisseur comprise entre 5 et 10 mm, par exemple sensiblement égale à 6 mm. - Au cours de l'étape de thermoformage, les nappes sont connectées entre elles et les mats sont connectés entre eux, sur au moins un bord de la pièce structurelle. - L'étape de chauffage est réalisée au moyen d'une unité de chauffage 15 comprenant deux plateaux chauffants entre lesquels la structure est disposée. - Une couche additionnelle de polymère est agencée entre chaque nappe de non-tissé et le mat de fibres de verre correspondant. - Chaque couche de polymère adjacente à l'écarteur est une feuille textile, et/ou chaque couche additionnelle de polymère est formée par un film. 20 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux figures annexées, parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue éclatée d'un empilement d'éléments formant une structure de tablette fabriquée par un procédé de fabrication selon un exemple de mode de 25 réalisation de l'invention ; - la figure 2 représente schématiquement un bord d'une tablette fabriquée par ledit procédé de fabrication, dans un moule de thermoformage. On a représenté, sur la figure 1, une vue éclatée d'un empilement d'éléments destiné à former une pièce structurelle, notamment une tablette arrière de masquage de 30 coffre de véhicule automobile. L'empilement comporte les éléments suivants : un écarteur alvéolé 10, deux mats de fibres de verre 12, deux couches de polymère thermoplastique 14, et deux nappes de non-tissé 16. En variante, deux couches de polymère peuvent être disposées de part et d'autre 35 de chaque mat de fibres de verre. Dans ce cas, les deux couches de polymère de chaque paire de couches de 3065392 4 polymère peuvent être de natures différentes et présenter des poids différents. Par exemple, la couche de polymère destinée à être positionnée contre l'écarteur alvéolé 10 est une feuille textile (aiguilletée ou spunbond). En effet, une telle feuille textile présente une épaisseur bien supérieure à un film (par exemple 4 mm d'épaisseur, contre 250 lm 5 pour un film), et elle épouse mieux la forme des alvéoles de l'écarteur 10 (festonnage) et ainsi permet un meilleur mouillage de ces alvéoles. Ainsi, chaque paire de couches de polymère comporte avantageusement une feuille textile côté écarteur (et présentant par exemple une masse surfacique de 50g/m2)n et une feuille sous forme de film côté non-tissé (et présentant par exemple une masse 10 surfacique de 100g/m2). La feuille textile, par son festonnage, permettra une excellente mouillabilité malgré son faible poids, tandis que le film, économique, assurera le plus gros de la fonction matrice. L'écarteur alvéolé 10 présente des alvéoles 17 de type nid-d'abeilles. Plus particulièrement, l'écarteur 10 présente une pluralité de parois sensiblement 15 perpendiculaires à un plan moyen, les parois délimitant des espaces centraux de contour fermé formant les alvéoles. Ainsi, chaque espace central ou alvéole débouche en regard de l'une respective des couches de polymère 14. Par exemple, les alvéoles définissent des mailles polygonales, notamment hexagonales. 20 L'écarteur alvéolé 10 est réalisé en un matériau propre à s'imprégner de polymère fondu. Par exemple, l'écarteur alvéolé 10 est réalisé en papier, notamment en carton. L'écarteur alvéolé 10 présente une épaisseur comprise entre 5 et 10 mm, par exemple de l'ordre de 6 mm. Avantageusement, le polymère est choisi pour présenter une viscosité comprise 25 entre 40g/10mn et 80Gg/10mn lorsque sa température est supérieure de 10°C à sa température de fusion. Ainsi, le polymère fondu est susceptible d'imprégner l'écarteur alvéolé 10. Chaque couche de polymère thermoplastique 14 présente une masse suffisante pour que le polymère fondu imprègne l'intégralité de l'écarteur alvéolé 10. Par exemple, 30 chaque couche de polymère présente une masse surfacique comprise entre 100 g/m2 et 300 g/m2. Le polymère thermoplastique formant chaque couche 14 est avantageusement du PolyPropylène (PP). Un tel matériau est particulièrement économique. Chaque couche 14 est par exemple formée par une feuille de polymère, un non- 35 tissé de fibres de polymère, une couche de poudre de polymère ou toute autre présentation envisageable. 3065392 5 Chaque mat 12 est de préférence formé de fibres longues de verre (présentant des longueurs comprises entre 8 et 50 cm) ou de filaments continus de verre (présentant des longueurs supérieures à 50 cm). Ces fibres de verre ou filaments sont par exemple orientés de façon à constituer un matériau anisotrope ou bien possédant une orientation 5 privilégiée. Ce type de mat 12 est généralement réalisé à partir de bobine ou de Stratifil (également appelée « Roving ») de filaments continus de verre, qui sont projetés sur un convoyeur en mouvement. Les filaments sont par exemple coupés pour obtenir des fibres, ou en variante laissés tels quels. Il est possible de réaliser un nappage isotrope, ou en 10 variante avec une orientation préférentielle dans le plan. Du fait que les fibres ou filaments sont parfaitement orientés dans le plan du convoyeur et que l'on peut contrôler le croisement des fibres ou filaments les uns sur les autres, il est possible de réaliser des mats relativement denses mais néanmoins de très faible épaisseur. Chaque nappe 16 est de préférence une nappe de fibres, par exemple obtenue 15 par des étapes classiques de cardage, de nappage et d'aiguilletage. On rappelle que le cardage consiste à réaliser un voile régulier, constant et résistant en parallélisant et individualisant les fibres. Le nappage consiste ensuite à superposer différents voile jusqu'à obtenir une nappe de grammage prédéterminé. Enfin, l'aiguilletage consiste à lier les voiles entre eux, en entrelaçant leurs fibres au moyen d'aiguilles. 20 Avantageusement, la nappe 16 est densifiée par aiguilletage, afin de présenter une épaisseur réduite et être ainsi aisément manipulable. Une telle épaisseur réduite simplifie par ailleurs la fonte du polymère au cours de l'étape de chauffage qui sera décrite ultérieurement. Un procédé de fabrication d'une tablette arrière de véhicule automobile va 25 maintenant être décrit. Le procédé de fabrication comporte une étape de fourniture des éléments définis précédemment. Au cours de cette étape de fourniture, les mats de fibres de verre 12, les couches de polymère thermoplastique 14, et les nappes de non-tissé 16 sont par exemple 30 approvisionnés sous forme de rouleaux, puis découpés à un format souhaité, correspondant aux dimensions de la pièce structurelle à réaliser. Le procédé de fabrication comporte ensuite une étape d'assemblage de ces éléments pour former une structure, les éléments étant empilés dans l'ordre suivant représenté sur la figure 1 : l'une des nappes de non-tissé 16 (destinée à former un 35 revêtement supérieur), puis l'un des mats de fibres de verre 12, puis l'une des couches de polymère 14, puis l'écarteur alvéolé 10, puis l'autre des couches de polymère 14, puis 3065392 6 l'autre des mats de fibres de verre 12, puis l'autre des nappes de non-tissé 16 (destinée à former un revêtement inférieur). Il est à noter que les nappes non-tissées 16 ne sont pas nécessairement de la même nature. Par exemple, la nappe de non-tissé 16 formant le revêtement supérieur 5 peut être formée par un Dilour® et la nappe de non-tissé 16 formant le revêtement inférieur peut être formée par un spunbond. Conformément à une variante, on peut prévoir deux couches de polymère disposées de part et d'autre de chaque mat de fibres de verre. Le procédé de fabrication comporte ensuite une étape de chauffage de la 10 structure. A cet effet, la structure est disposée dans des moyens chauffants, notamment une unité de chauffage comprenant deux plateaux chauffants présentant chacun un revêtement anti adhésion, chaque plateau chauffant étant porté à une température au moins égale à la température de fusion du polymère. La structure est disposée entre les 15 plateaux chauffants, au contact de ces plateaux chauffants. Des calories sont ainsi transmises à chaque couche 14, ce qui provoque la fusion du polymère, qui en fondant imprègne le mat de fibres de verre 12 correspondant d'une part, et l'écarteur alvéolé 10 d'autre part. Il convient de noter que la pression exercée par les plateaux chauffants est minime et n'a pour but que d'aider au transfert des calories. 20 Cela permet également le « collage » des non-tissés. Les non-tissés sont à base d'un polymère dont la température de fusion est supérieure à celle du polymère constituant la matrice du composite. Par exemple si le polymère de la matrice est du PP les fibres des non-tissés peuvent être constituées de PET. Ainsi l'aspect de ces non-tissés n'est en rien affecté lors de l'assemblage dans le moule. 25 Chaque mat 12, dans lequel les fibres de verre sont parfaitement noyées dans le polymère, présente des propriétés mécaniques satisfaisantes. L'écarteur alvéolé 10 imprégné de polymère fondu est malléable. En d'autres termes, il est capable de se déformer de manière parfaitement maitrisable. Ainsi, la structure peut être conformée vers une forme prédéfinie sans endommager cet écarteur 30 10. Le procédé de fabrication comporte ensuite, lorsque la totalité du polymère a fondu, une étape de thermoformage de la structure dans un moule 20 régulé à une température de l'ordre de 20°C. La structure a été partiellement représentée, dans le moule 20, sur la figure 2. Le 35 moule 20 comporte deux parties de moule 20A, 20B, définissant entre elles un espace de moulage dans lequel est disposée la structure. 3065392 7 Le moule 20 présente classiquement à chacune de ses extrémités (dont l'une est représentée sur la figure 2), une partie de découpe 22 délimitant l'espace de moulage, bordée d'un emplacement 24 d'escamotage des chutes. A ce stade du procédé, le polymère 14 a fondu et a imprégné l'écarteur 10 ainsi 5 que le mat de fibres de verre 12, si bien que le polymère 14 n'est pas représenté sur la figure 2. Chaque mat de fibres de verre 12 ainsi imprégné de polymère forme une peau de la pièce structurelle, recouverte d'un revêtement formé par l'une des nappes 16. Du fait de la parfaite formabilité de l'écarteur 10, imprégné de polymère fondu, il est possible de donner des formes complexes à la structure, sans abimer cet écarteur 10. 10 En particulier, il est possible de réaliser des bords de pièces non agressifs. En effet, la structure peut être conformée de sorte que les nappes de non tissé 16, formant les revêtements supérieur et inférieur, ainsi que les mats de fibres 12 se rejoignent sur les bords. Les fibres de verre sont alors recouvertes par les revêtements en tous points. En outre, les fibres de verre sont en tous points parallèles à la surface de la structure, même 15 sur le bord inférieur I de cette structure. Il en résulte que les fibres de verre ne peuvent pas affleurer comme c'est le cas dans l'état de la technique. D'autres formes avantageuses sont possibles pour la structure grâce au procédé selon l'invention qui permet d'obtenir un écarteur 10 malléable. Par exemple, on peut prévoir des formes arrondies II en limite du bord inférieur I, 20 de telles formes arrondies II évitant la formation d'une arrête à ce niveau. Or, une telle arrête risquerait de rompre le mat 12, auquel cas cette arrête pourrait présenter des fibres de verre affleurantes. L'écarteur 10 malléable permet également de réaliser des pliages de la structure avec des angles forts III, par exemple jusqu'à 90°. 25 L'écarteur 10 malléable permet aussi de manière optionnelle de conformer la structure pour présenter des reliefs formant des nervures de renfort. Compte tenu de ce qui précède, il apparait que le procédé de fabrication selon l'invention permet de réaliser une tablette arrière de véhicule automobile dont les bords ne présentent pas de fibres de verre affleurantes et ne sont pas tranchants. En outre, la 30 structure réalisée selon l'invention présente une masse jusqu'à deux fois moindre que l'équivalent en Sommold, et présente des propriétés en flexion bien supérieures. Enfin, il est à noter que le coût d'une tablette réalisée par le procédé selon l'invention est du même ordre de grandeur que le coût d'une tablette en Sommold, notamment grâce à la réduction de poids. 35 REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'une pièce structurelle, notamment d'une tablette arrière de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte : - une étape de fourniture des éléments suivants : un écarteur alvéolé (10), deux mats de fibres de verre (12), deux couches de polymère thermoplastique (14), et deux nappes de non-tissé (16), - une étape d'assemblage de ces éléments pour former une structure, les éléments étant empilés dans l'ordre suivant : l'une des nappes de non-tissé (16), puis l'un des mats de fibres de verre (12), puis l'une des couches de polymère (14), puis l'écarteur alvéolé (10), puis l'autre des couches de polymère (14), puis l'autre des mats de fibres de verre (12), puis l'autre des nappes de non-tissé (16), - une étape de chauffage de la structure au moins jusqu'à une température de fusion du polymère, de sorte que le polymère fondu se répande à travers les mats de fibre de verre (12) et imprègne l'intégralité de l'écarteur alvéolé (10), puis - une étape de thermoformage de la structure dans un moule (20), l'étape de thermoformage comportant la déformation de l'écarteur alvéolé (10). 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel l'écarteur alvéolé (10) présente des alvéoles (17) de type nid-d'abeilles. 3. Procédé de fabrication selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'écarteur alvéolé (10) est réalisé en papier, par exemple en carton. 4. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le polymère présente une viscosité comprise entre 40g/10mn et 80g/10mn lorsque sa température est supérieure de 10°C à satempérature de fusion. 5. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque couche de polymère (14) présente une masse surfacique comprise entre 100 g/m2 et 300 g/m2. 6. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'écarteur alvéolé (10) présente une épaisseur comprise entre Set 10 mm, par exemple sensiblement égale à 6 mm. 3065392 9 7. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, au cours de l'étape de thermoformage, les nappes (16) sont connectées entre elles et les mats (12) sont connectés entre eux, sur au moins un bord de la pièce structurelle. 5 8. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'étape de chauffage est réalisée au moyen d'une unité de chauffage comprenant deux plateaux chauffants entre lesquels la structure est disposée. 10 9. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une couche additionnelle de polymère est agencée entre chaque nappe de non-tissé (16) et le mat de fibres de verre (12) correspondant. 10. Procédé de fabrication selon la revendication 9, dans lequel : 15 - chaque couche de polymère (14) adjacente à l'écarteur (10) est une feuille textile, et/ou - chaque couche additionnelle de polymère est formée par un film.