Brevet FR3075086A1 — publié le 20190621

Procede de fabrication d'une piece structurelle pour vehicule automobile et piece structurelle issue d'un tel procede La presente invention concerne un procede de fabrication d'une piece structurelle pour vehicule automobile comprenant les etapes suivantes : - empilement dans un moule d'au moins un premier mat et d'un ecarteur en mousse, le premier mat comportant au moins un voile de fibres et une resine contenant un liquide impregnant les fibres, et - chauffage de ('empilement pour solidifier la resine. Par exemple, la piece structurelle forme un panneau de vehicule automobile, notamment une tablette arriere de masquage de coffre, un faux plancher d'habitacle ou de coffre, un sous-moteur ou un plancher de chargement de coffre. Les cahiers des charges imposent generalement des specifications strictes pour une telle piece structurelle. En particulier, la piece structurelle doit presenter une masse la plus faible possible, de bonnes caracteristiques mecaniques, principalement un bon comportement en flexion et en fluage a temperature elevee (notamment a 85°C). La piece doit etre propre a presenter des formes tridimensionnelles, par exemple des formes concaves permettant ('inclusion de pieces complementaires telles que des poignees, et/ou a presenter des bords presentant des profils particuliers, notamment arrondis ou incurves. De plus, elles doivent conserver un bon comportement face aux differentes conditions climatiques, notamment en conditions humides. Enfin, une telle piece structurelle doit rester economique, si bien que son procede de fabrication doit etre particulierement simple et ne demander que peu d'investissements. Idealement, le procede ne doit presenter qu'une seule etape de pressage ne necessitant qu'un seul moule. Les pieces structurelles de type « sandwich » realisees en une seule etape de pressage, comportant un ecarteur, generalement en nid d'abeilles essentiellement en carton, et des peaux a base de mats de fibres naturelles (bois, chanvre, etoupe de lin, kenaf) et de resine, ne presentent generalement pas des caracteristiques mecaniques satisfaisantes, notamment en ce qui concerne le comportement en flexion et sous certaines conditions climatiques, notamment en conditions humides. L'utilisation d'une mousse comme ecarteur est particulierement avantageuse par rapport aux ecarteurs en carton car elle permet d'obtenir des epaisseurs et des densites faibles tout en maintenant une bonne resistance mecanique. Toutefois, pour realiser un panneau de type « sandwich » ayant comme ecarteur une mousse, il est necessaire d'exercer une pression importante au moment de la fermeture du moule pour densifier les peaux et les associer parfaitement a l'ecarteur. 2 Cette pression amene souvent a recrasement de la mousse, meme lorsqu'une mousse dite rigide est utilisee. Pour toutes ces raisons, la piece comprenant un ecarteur en mousse n'est pas fabriquee en une seule etape et des reprises doivent etre effectuees. Ceci engendre des 5 coOts importants ainsi qu'un allongement significatif des temps de cycle. Dans la demande de brevet US 6,287,678 Bl, un panneau composite comprenant une mousse thermoplastique recouverte de chaque cote par des fibres naturelles impregnees d'un materiau thermoplastique est fabrique par moulage au cours d'un procede en deux etapes. 10 Un tel procede ne donne cependant pas entiere satisfaction. Ainsi, plusieurs etapes successives de formation sont necessaires, ce qui entraine une logistique et des coOts importants. Un but de l'invention est de fournir un procede de fabrication d'une piece structurelle comprenant un ecarteur en mousse qui offre un coOt de fabrication reduit, tout 15 en respectant les caracteristiques imposees par les cahiers des charges, notamment en terme d'epaisseur, de masse et de proprietes mecaniques. A cet effet, !Invention a pour objet un procede de fabrication d'une piece structurelle, notamment pour vehicule automobile, caracterise par les etapes suivantes : - avant le chauffage de l'empilement, fermeture de maniere hermetique du moule, 20 et - evaporation d'au moins une partie de la resine pour engendrer une pression au sein de l'ecarteur en mousse lorsque le moule est ferme de maniere hermetique. Le procede selon l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caracteristiques suivantes, prise(s) isolement ou suivant toute combinaison 25 techniquement possible : - avant la fermeture du moule, l'empilement dans le moule d'un deuxierne mat sur l'ecarteur, l'ecarteur etant dispose entre le premier mat et le deuxierne mat ; - it comprend les etapes preliminaires suivantes : fourniture d'un voile de fibres, et impregnation du voile par la resine liquide pour former un mat impregne par la resine ; 30 - la resine contient un liquide, notamment entre 30% en masse et 60% en masse de liquide, l'evaporation d'au moins une partie de la resine comprenant la formation de gaz a partir du liquide contenu dans Ia resine ; - le liquide contenu dans Ia resine est de l'eau ; - Ia resine liquide est une resine acrylique ; 35 - l'ecarteur est a base de mousse PET ; 3 - les fibres comprennent des fibres naturelles prises parmi les fibres de lin, de sisal, de jute, de chanvre, de kenaf, et leurs mélanges ; - l'empilement est chauffe a une temperature superieure a 150°C et avantageusement comprise entre 160°C et 200°C ; 5 - la pression exercee sur l'empilement lors de la fermeture du moule est inferieure a 0,5 MPa ; - l'epaisseur de l'empilement avant la fermeture du moule est strictement inferieure ou egale a l'epaisseur de la cavite de moulage dudit moule, l'ecarteur en mousse subissant une expansion lors de ('evaporation au moins partielle de la resine ; et 10 - l'ecarteur est depourvu d'agents gonflants. L'invention concerne aussi une piece structurelle susceptible d'être obtenue par un procede tel que decrit ci-dessus. L'invention sera mieux comprise a la lecture de la description qui va suivre, dorm& uniquement a titre d'exemple et faite en se referant aux dessins annexes sur 15 lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe d'une piece structurelle fabriquee selon un mode de realisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue schernatique en coupe de l'etape d'empilement selon un mode de realisation de l'invention ; 20 - la figure 3 est une vue schernatique en coupe d'un premier mat selon l'invention. La figure 1 illustre une piece composite 10 de vehicule automobile. La piece 10 est une piece structurante du vehicule automobile, par exemple un panneau, tel qu'une tablette arriere de masquage de coffre, un faux plancher d'habitacle ou de coffre, un sousmoteur ou un plancher de chargement de coffre. 25 La piece 10 est un panneau de type « sandwich » qui comporte au moins un premier mat 12 et un ecarteur 16. Dans un mode de realisation preferentiel, la piece 10 comporte un premier mat 12, un deuxierne mat 14 et un ecarteur 16 interpose entre les deux mats 12, 14. Plus particulierement, le premier mat 12 et le deuxierne mat 14 sont fixes sur des faces 18A, 18B opposees de l'ecarteur 16. 30 Au moins l'un des premier et deuxierne mats 12, 14 comporte au moins un voile 20 de fibres 22, ledit voile 20 comprenant une pluralite de fibres 22 paralleles liees entre elles par une resine solidifiee 24. Au moins une partie des fibres 22 de ce voile 20 presente avantageusement une longueur superieure a 20 centimetres, notamment a 50 centimetres, par exemple 35 comprise entre 50 et 80 centimetres. 4 Plus particulierement, le premier mat 12 et le deuxierne mat 14 comportent chacun une pluralite de voiles 20 de fibres 22, ces voiles 20 etant empiles les uns sur les autres. Par exemple, chacun des mats 12, 14 comporte entre trois et huit voiles 20 empiles. On note que le premier mat 12 et le deuxierne mat 14 peuvent comporter le merne 5 nombre de voiles 20 empiles, ou en variante des nombres differents de voiles 20 empiles. En effet, selon la fonction de destination de la piece structurelle 10, les deux faces de cette piece structurelle 10 ne sont pas soumises par exemple aux memes contraintes, si bien qu'il n'est pas necessaire que ces deux faces presentent les memes caracteristiques structurelles. Ainsi, une face de la piece structurelle 10 qui est soumise a peu de 10 contraintes pourrait ne comporter qu'un faible nombre de voiles 20. La reduction du nombre de voiles 20 sur une face permet de recluire la masse de la piece structurelle 10. De preference, au moins une partie des fibres 22 paralleles de chaque voile 20 sont des fibres 22 naturelles. Dans un mode de realisation, toutes les fibres 22 d'au moins l'un des voiles 20 sont constituees de fibres 22 longues naturelles. En variante, une partie 15 des fibres 22 d'au moins run des voiles 20 est forme par des fibres 22 artificielles ou synthetiques, distinctes des fibres 22 longues naturelles, ou par un mélange de ces fibres 22. Avantageusement, les fibres naturelles sont des fibres extraites de vegetaux. De maniere preferentielle, les fibres naturelles sont choisies parmi les fibres de lin, de sisal, 20 de jute, de chanvre, de kenaf, et leurs mélanges. Avantageusement, les fibres sont des fibres de lin. Les fibres artificielles sont par exemple choisies parmi les fibres de cellulose regeneree, telle que la viscose. Les fibres synthetiques sont formees a partir de derives du petrole ou de 25 molecules issues de la chimie verte (par exemple ('ethylene issue du bio ethanol). On peut citer, parmi les fibres convenant au present procede, les fibres polyolefines telles que les fibres de polyethylene ou/et de polypropylene, de polyester, de polyamide, de polyimide, et leurs mélanges. Elles peuvent etre egalement des fibres bi-composantes formees d'un polymere et d'un copolymere, le polymere et son copolymere ayant des 30 points de fusion differents. Les fibres synthetiques choisies sont preferentiellement a base de polymeres thermoplastiques, ce qui permet, lors d'une etape de thermoformage a la temperature de fusion du polymere, de realiser un liage des fibres de lin. Avantageusement, la proportion massique de fibres longues d'origine naturelle dans chaque voile 20 est superieure a 50% de la masse totale des fibres 22 de ce voile 35 20. 5 Avantageusement, les fibres 22 du voile 20 sont paralleles a une direction longitudinale. De preference, le voile 20 utilise dans le procede de ('invention comporte des fibres 22 parfaitement parallelisees (le parallelisme etant encore accentue par le fait que les fibres 22 naturelles telles le lin ou le chanvre presentent fres peu de frisure). La 5 cohesion transversale de ce type de voile 20 est possible grace a !Impregnation d'une resine 24. La resine 24 impregnant les fibres 22 comprend initialement avant solidification un liquide qui est avantageusement de l'eau. De preference, la resine 24 comprend entre 30% en masse et 60% en masse de liquide. Avantageusement, elle comprend entre 30% 10 en masse et 60% en masse d'eau. De preference, la resine 24 est choisie parmi les resines acryliques, c'est-a-dire des resines en solution aqueuse, notamment les resines comportant un polymere acrylique tel qu'un polymere ou un copolymere d'acrylate ou de methacrylate. Ce type de resines genere de l'eau durant sa reticulation. 15 Dans un mode de realisation, au moins le premier mat 12 est fabrique par la fourniture d'un voile 20 de fibres 22 et !Impregnation dudit voile 20 par la resine liquide 24. Ladite etape d'impregnation peut etre realisee de differentes manieres, comme par pulverisation de la resine 24 sur le voile 20 ou par enduction par contact de la resine 24 20 sur le voile 20. L'ecarteur 16 est realise en mousse poreuse. La mousse est de preference une mousse comportant des cellules ouvertes. Elle comporte avantageusement une parasite comprise entre 0,88 et 0,92, la parasite etant mesuree suivant la methode decrite dans ('article "Pressure/mass method to measure open porosity of porous solids." Y Salissou 25 and R Panneton. Journal of Applied Physics 101, 124913 (2007). De preference, la mousse presente un module de Young dans la direction de l'epaisseur compris entre 15 MPa et 25 MPa, de preference compris entre 17 et 24 MPa, avantageusement compris entre 20 MPa et 22 MPa, le module d'Young etant mesure suivant la norme ISO 18437-4 : 2008. 30 Avantageusement, la mousse est choisie parmi les mousses polyesters, preferentiellement parmi les mousses a base de co-polyesters semi-aromatiques. Avantageusement, la mousse est une mousse a base de poly(terephtalate d'ethylene), aussi appelee mousse PET. De maniere preferentielle, l'ecarteur 16 est depourvu d'additifs supplementaires, 35 tels que des agents gonflants. II est par exemple depourvu d'hydrocarbones halogenes tels que le trichlorofluoromethane (Freon 11). 6 Par ailleurs, au moins ('une des faces de la piece structurelle 10 peut etre de maniere optionnelle pourvue d'un parement (non represents ici) donnant son aspect esthetique a la piece structurelle 10. Un procede de fabrication de Ia piece structurelle 10 est mis en oeuvre dans un 5 moule 26, illustre schematiquement sur Ia figure 2. Le moule 26 comporte deux demi-moules 28A, 28B mobiles I'un par rapport a I'autre entre une position ouverte et une position fermee. Les deux demi-moules 28A, 28B definissent une cavite de moulage 30. Avantageusement, Ia cavite de moulage 30 dans Ia position fermee est conjuguee a Ia 10 forme de Ia piece structurelle 10 a ('issue du procede de fabrication. Le moule 26 possede au moins un mecanisme de fermeture (non represents ici) propre a passer le moule en position fermee et a le maintenir ferme de maniere hermetique. Avantageusement, Ia cavite de moulage 30 presente une epaisseur egale ou 15 superieure a ('epaisseur de I'empilement comprenant le premier mat 12, l'ecarteur 16 et eventuellement le deuxierne mat 14 lorsque I'empilement comprend deux mats. Le procede de fabrication va maintenant etre decrit. Ce procede comporte une etape d'empilement dans le moule 26 d'au moins un premier mat 12 et d'un ecarteur 16. Avantageusement, un deuxierne mat 14 est dispose sur Ia face libre de l'ecarteur 16, 20 l'ecarteur 16 etant ainsi dispose entre le premier mat 12 et le deuxierne mat 14. Puis le moule 26 est passé dans sa position de fermeture. Lors de Ia fermeture du moule 26, Ia pression exercee sur I'empilement par les parois du moule 26 est inferieure a 0,5 MPa (Megapascals). Le procede comprend ensuite une etape de chauffage de I'empilement. Cette 25 etape a lieu apres Ia fermeture de fagon hermetique du moule 26. Le chauffage de I'empilement dans le moule 26 est realise grace a un fluide thermique. Le chauffage de I'empilement permet Ia solidification de Ia resine 24 et sa reticulation. Le chauffage de I'empilement entraine egalement ('evaporation d'au moins une partie du liquide compris dans Ia resine 24 et generee par Ia reticulation. 30 Avantageusement, Ia totalite du liquide present dans Ia resine 24 apres reticulation s'evapore. De maniere preferentielle, I'empilement est chauffe a une temperature superieure a 150°C et avantageusement comprise entre 160°C e1200 ° C. Le gaz genere par le chauffage de I'empilement est inapte a sortir du moule 26 35 ferme hermetiquement et migre donc a l'interieur de l'ecarteur 16 en mousse, notamment dans les pores de Ia mousse. L'ecarteur 16 en mousse subit alors une expansion. 7 La pression dans le moule est alors superieure a 0,5 MPa et est notamment comprise entre 1,0 MPa et 1,5 MPa. Dans un mode de realisation 00 la cavite de moulage 30 initiale est de la meme epaisseur que l'empilement initial, ('ecarteur 16 exerce une pression sur les mats 12, 14 5 contre les parois du moule entrainant la densification des mats 12, 14. Dans le cas ou les mats 12, 14 comportent un exces de resine 24, la resine en exces migre vers ('ecarteur 16 ce qui assure un meilleur collage. L'evaporation de l'eau presente dans les mats ainsi que d'une partie de la resine 24 dans le moule hermetique 26 engendre ainsi une contre-pression au sein de ('ecarteur 10 16 qui s'oppose a ('effort d'ecrasement. II n'est donc pas necessaire d'exercer une pression importante sur ('ecarteur 16 lors de la fermeture du moule 26 pour associer ('ecarteur 16 et les mats 12, 14 et fabriquer la piece structurelle 10. Avantageusement, la pression exercee sur l'empilement lors de la fermeture du moule 26 est inferieure a 0,5 MPa. 15 Dans un mode de realisation alternatif ou l'epaisseur de la cavite de moulage 30 initiale est superieure a l'epaisseur de l'empilement initial, ('ecarteur 16 subit une premiere phase au cours de laquelle it subit une expansion jusqu'a ce que l'empilement soit de la meme epaisseur que la cavite de moulage 30, puis it exerce une pression sur chacun des mats 12, 14 contre les parois du moule 26 entrainant la densification des mats 12, 14. 20 Par exemple, il est possible d'obtenir a partir d'un empilement d'un premier mat 12, d'un ecarteur 16 et d'un deuxierne mat 14 une piece structurelle 10 ayant une epaisseur au moins 20% plus importante, notamment au moins 30% plus importante que l'epaisseur de l'empilement initial. Grace a la presente invention, il est possible de fabriquer des pieces structurelles 25 10 pour vehicule en une seule etape de fabrication. II n'est pas necessaire d'exercer une pression importante sur l'empilement pour densifier les mats 12, 14. Cela evite recrasement de ('ecarteur 16 en mousse qui garde donc son integrite et sa resistance mecanique. II n'est pas necessaire d'utiliser des agents gonflants potentiellement polluants 30 dans ('ecarteur 16 en mousse, ('expansion etant generee directement par ('evaporation d'au moins une partie de la resine 24. Le procede selon ('invention permet en outre de fabriquer des pieces structurelles 10 pour vehicule automobile d'epaisseur variable a partir d'un REVENDICATIONS1.- Procede de fabrication d'une piece structurelle (10) pour vehicule automobile comprenant les etapes suivantes : - empilement dans un moule (26) d'au moins un premier mat (12) et d'un ecarteur (16) en mousse, le premier mat (12) comportant au moins un voile (20) de fibres (22) et une resine (24) contenant un liquide impregnant les fibres (22) ; - chauffage de l'empilement pour solidifier la resine (24) ; caracterise par les etapes suivantes : - avant le chauffage de l'empilement, fermeture de maniere hermetique du moule (26), et - evaporation d'au moins une partie de la resine (24) pour engendrer une pression au sein de l'ecarteur (16) en mousse lorsque le moule (26) est ferme de maniere hermetique. 2.- Procede selon la revendication 1, comprenant avant la fermeture du moule (26), l'empilement dans le moule (26) d'un deuxierne mat (14) sur l'ecarteur (16), l'ecarteur (16) etant dispose entre le premier mat (12) et le deuxierne mat (14). 3.- Procede selon l'une quelconque des revendications precedentes comprenant les etapes preliminaires suivantes : - fourniture d'un voile (20) de fibres (22), et - impregnation du voile (20) par la resine liquide (24) pour former un mat (12 ; 14) impregne par la resine (24). 4.- Procede selon l'une quelconque des revendications precedentes dans lequel la resine (24) contient un liquide, notamment entre 30% en masse et 60% en masse de liquide, ('evaporation d'au moins une partie de la resine (24) comprenant la formation de gaz a partir du liquide contenu dans la resine (24). 5.- Procede selon la revendication 4, dans lequel le liquide contenu dans la resine (24) est de l'eau. 6.- Procede selon la revendication 5, dans lequel la resine liquide (24) est une resine acrylique. 9 7.- Procede selon l'une quelconque des revendications precedentes dans lequel l'ecarteur (16) est a base de mousse PET. 8.- Procede selon l'une quelconque des revendications precedentes dans lequel 5 les fibres (22) comprennent des fibres naturelles prises parmi les fibres de lin, de sisal, de jute, de chanvre, de kenaf, et leurs mélanges. 9.- Procede selon l'une quelconque des revendications precedentes dans lequel l'empilement est chauffe a une temperature superieure a 150°C et avantageusement 10 comprise entre 160°C et 200°C. 10.- Procede selon rime quelconque des revendications precedentes dans lequel la pression exercee sur l'empilement lors de la fermeture du moule (26) est inferieure a 0,5 MPa. 11.- Procede selon rime quelconque des revendications precedentes dans lequel l'epaisseur de l'empilement avant la fermeture du moule (26) est strictement inferieure ou egale a l'epaisseur de la cavite de moulage (30) dudit moule (26), l'ecarteur (16) en mousse subissant une expansion lors de ('evaporation au moins partielle de la resine (24). 12.- Procede selon rune quelconque des revendications precedentes dans lequel l'ecarteur (16) est depourvu d'agents gonflants. 13.- Piece structurelle (10) pour vehicule automobile susceptible d'être obtenue 25 par le procede selon l'une quelconque des revendications precedentes. 15 20