Brevet FR3085127A1 — publié le 20200228

Procédé de fabrication d'un précurseur d'une peau composite pour pièce structurelle et méthode de fabrication de ladite pièce structurelle La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un précurseur d'une peau composite pour pièce structurelle, notamment de véhicule automobile. Par exemple, la pièce structurelle forme un panneau de véhicule automobile, notamment une tablette arrière de masquage de coffre, un faux plancher d'habitacle ou de coffre, un sous-moteur ou un plancher de chargement de coffre. Une telle pièce structurelle doit rester économique, si bien que son procédé de fabrication doit être particulièrement simple et ne demander que peu d'investissements, tout en conservant des propriétés mécaniques satisfaisantes. Une telle pièce structurelle comporte par exemple un écarteur, notamment un écarteur en mousse ou en carton, disposé entre deux peaux composites. Par exemple, on connaît, d'après WO 97/26397, un procédé de fabrication d'une peau composite de type « sandwich » obtenue à partir d'un matériau composite réalisé à base de fibres de verre et de fibres thermoplastiques. Le procédé consiste à déposer en continu sur un substrat un mélange intimement lié de verre et de matière thermoplastique, puis à chauffer, comprimer et enfin refroidir l'ensemble formé. Un tel matériau est par nature très volumineux (présentant une épaisseur de l'ordre de 2 cm), du fait de l'orientation aléatoire et tridimensionnelle des fibres de verre. On connait également les peaux à base d'une nappe unidirectionnelle de fibres ou de filaments de verre sur laquelle est disposée une couche en matériau polymérique. On entend ici par « unidirectionnelle » que la majorité des fibres, typiquement plus de 80% des fibres s'étendent sensiblement parallèlement à une même direction. Toutefois, une telle nappe unidirectionnelle se déforme facilement et est difficile à manipuler. Des plis sont souvent générés lors de son positionnement dans le moule de thermoformage, la mauvaise orientation de certaines fibres ou filaments se traduisant alors par une perte des propriétés mécaniques de la peau. Par ailleurs, ce type de nappe est très difficile à découper. De nombreuses étapes complémentaires doivent être réalisées pour assembler la nappe avec la couche polymérique. Par conséquent, le procédé de fabrication d'une pièce structurelle comportant une telle peau est long et complexe. Un but de l'invention est de disposer d'un procédé de fabrication d'un précurseur d'une peau composite pour pièce structurelle qui soit à la fois rapide et économique, la peau composite présentant néanmoins des caractéristiques mécaniques satisfaisantes. 2 A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication de type précité, qui comporte les étapes suivantes : - fourniture d'une nappe de fibres, une première partie des fibres s'étendant sensiblement parallèlement à une première direction et une deuxième partie des fibres 5 s'étendant sensiblement parallèlement à une deuxième direction ; - empilement d'au moins une première couche de polymère sur une première face de la nappe de fibres ; et - assemblage de la nappe de fibres et de la couche de polymère par couture, la couture étant réalisée par passage d'un appareil à piquer à travers la nappe de fibres et la 10 couche de polymère. Le procédé selon l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toute combinaison techniquement possible : - la deuxième partie des fibres s'étend sensiblement perpendiculairement à la 15 première direction, la deuxième partie des fibres étant maintenue solidaire avec la première partie des fibres par couture réalisée lors de l'assemblage de la nappe de fibres et de la couche de polymère. - la nappe de fibres est formée de fibres de verre. - la couche de polymère est formée par une nappe de fibres de polymère, 20 notamment réalisée par nappage ou aiguilletage. - la couche de polymère est choisie parmi un film de polymère ou une plaque de polymère. - la couche de polymère est réalisée en un polymère choisi parmi le polypropylène, le poly(téréphtalate d'éthylène), le polyamide et le polyéthylène. 25 - la nappe de fibres est dépourvue de résine. - le procédé comporte l'empilement sur une deuxième face de la nappe de fibres d'une deuxième couche de polymère, la nappe de fibres étant interposée entre la première couche de polymère et la deuxième couche de polymère. - la deuxième couche de polymère est empilée sur la nappe de fibres sans être 30 liée par couture à la nappe de fibres. L'invention a également pour objet une méthode de fabrication d'une pièce structurelle, notamment de véhicule automobile, comportant une étape de chauffage d'un précurseur de peau de type précité, pour former au moins une première peau, et une étape d'empilement dans un moule d'au moins la première peau et d'un écarteur. 35 L'étape de chauffage peut être réalisée à une température supérieure ou égale à la température de fusion du polymère formant l'au moins une couche de polymère. 3 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 dessins annexés, sur lesquels : 5 - la figure 1 est une vue schématique en coupe d'une pièce structurelle, notamment de véhicule automobile, comprenant deux peaux et un écarteur intercalé entre ces peaux ; - la figure 2 est une vue schématique en coupe d'un précurseur d'une des peaux de la figure 1, le précurseur comportant une nappe de fibres et une couche de polymère 10 disposée sur la nappe de fibres ; - la figure 3 est une vue du dessous du précurseur de peau de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue schématique d'une étape du procédé de fabrication du précurseur de des figures 2 et 3, la nappe de fibres et la couche de polymère étant assemblées entre elles par couture ; 15 - la figure 5 est une vue schématique en coupe d'un précurseur de peau selon un autre mode de réalisation de l'invention, le précurseur comportant une nappe de fibres et deux couches de polymère disposées de part et d'autre de la nappe de fibres. Une pièce structurelle 10 selon l'invention est représentée schématiquement sur la figure 1. La pièce structurelle 10 est notamment une pièce structurelle pour véhicule 20 automobile, par exemple un panneau, tel qu'une tablette arrière de masquage de coffre, un faux plancher d'habitacle ou de coffre, un sous-moteur ou un plancher de chargement de coffre. La pièce structurelle 10 est un panneau de type « sandwich » comportant au moins une première peau 12 et un écarteur 16. Dans un mode de réalisation représenté 25 sur la figure 1, la pièce 10 comporte une première peau 12, une deuxième peau 14 et un écarteur 16 interposé entre les deux peaux 12, 14. Plus particulièrement, la première peau 12 et la deuxième peau 14 sont fixées sur des faces 18A, 18B opposées de l'écarteur 16. L'écarteur 16 est par exemple un écarteur en mousse. En variante, l'écarteur 16 30 est un écarteur de type nid d'abeille en carton. Au moins l'une des première et deuxième peaux 12, 14 comporte au moins une pluralité de fibres et une matrice en polymère dans laquelle sont noyées les fibres dans la pièce finale. Les peaux 12, 14 sont obtenues à partir d'un précurseur 20 de peau 12, 14 composite comprenant une nappe 30 de fibres et une couche de polymère 32 liée à la 35 nappe 30 par couture. 4 Au sens de la présente invention, le terme « fibres » inclut des fibres discontinues et des filaments continus. Préférentiellement, les fibres de la nappe 30 sont des filaments continus. Préférentiellement, la nappe 30 de fibres est formée de fibres de verre, par 5 exemple de filaments de verre. Par exemple, la nappe 30 de fibres présente un grammage compris entre 100 g/m2 et 500 g/m2, notamment entre 250 g/m2 et 350 g/m2, avantageusement de filaments de verre. Dans une variante, la nappe 30 de fibres comprend également des fibres 10 naturelles, notamment des fibres extraites de végétaux, des fibres synthétiques, formées par exemple à partir de dérivés du pétrole, ou un mélange de ces fibres. Avantageusement, la nappe 30 de fibres est dépourvue de résine. La nappe 30 de fibres comporte une première partie 34 des fibres, formant des fils de chaine 34, dans laquelle les fibres s'étendent sensiblement parallèlement à une 15 première direction A et une deuxième partie 36 des fibres, formant des fils de trame 36, dans laquelle les fibres s'étendent sensiblement parallèlement à une deuxième direction B. Avantageusement, la nappe 30 de fibres est une nappe unidirectionnelle, c'est-à-dire qu'elle comprend au moins 80% de fibres s'étendant selon la première direction A. 20 Selon un mode de réalisation préférentiel, la deuxième direction B est sensiblement perpendiculaire à la première direction A. Selon ce mode de réalisation, les fils de trame 36 sont transversaux aux fils de chaine 34. L'emploi de fibres parfaitement orientées dans le plan de la peau 12, 14 confère à la peau 12, 14 un module d'Young élevé, impliquant des performances mécaniques 25 optimales. Les fils de chaine 34 et les fils de trame 36 sont maintenus ensemble au moyen de coutures, selon un procédé qui sera décrit par la suite, sans être liés par tissage. Contrairement à une nappe dans laquelle les fils de trame sont tissés avec les fils de chaine, les fils de chaines 34 et les fils de trame 36 sont superposés sans être entrelacés. 30 Ainsi, la nappe 30 selon l'invention ne présente pas d'embuvage, c'est-à-dire d'ondulations causées par le croisement des fils de chaine 34 avec les fils de trame 36. La couche de polymère 32 est disposée sur la nappe 30 de fibres, la couche de polymère 32 et la nappe 30 de fibres s'étendant sensiblement selon un même plan longitudinal. 35 Selon un mode de réalisation particulier, la couche de polymère 32 est formée par une nappe de fibres de polymère, notamment réalisée par nappage ou aiguilletage. 5 Avantageusement, les fibres de polymère ne sont pas tissées entre elles. La couche de polymère 32 est alors qualifiée de non-tissé. Dans une variante, la couche de polymère 32 est choisie parmi un film de polymère ou une plaque de polymère. 5 La couche de polymère 32 présente une épaisseur E comprise entre 0,2 mm et 0,8 mm, de préférence entre 0,3 mm et 0,5 mm, l'épaisseur E étant mesurée selon une direction normale au plan longitudinal dans lequel s'étend la couche de polymère. L'utilisation d'un polymère sous différentes formes (fibres, non-tissé, film, plaque ou mélange de ces différentes formes) élargit la gamme des polymères thermoplastiques 10 possibles, et offre un choix de polymère le plus en adéquation avec le cahier des charges. La couche de polymère 32 comprend au moins un polymère thermoplastique. Typiquement, la couche de polymère 32 est réalisée en un polymère choisi préférentiellement parmi le polypropylène, le poly(téréphtalate d'éthylène), le polyamide et le polyéthylène. 15 Un procédé de fabrication du précurseur 20 de peau 12, 14 va à présent être décrit. Initialement, une nappe 30 de fibres de type précité est fournie. Une couche de polymère 32 est agencée sur une première face de la nappe 30 de fibres. L'empilement formé est ensuite disposé sur un convoyeur et est déplacé selon une 20 direction d'avancement. Dans le cas du précurseur 20 de peau représenté sur la figure 3, la direction d'avancement est parallèle à la deuxième direction B. Puis, la nappe 30 de fibres et la couche de polymère 32 sont assemblées entre elles par couture au moyen de fils de liaison 50. La couture est réalisée par le passage d'un appareil à piquer à travers la nappe 30 de fibres et la couche de polymère 32. 25 L'étape de couture, représentée schématiquement sur la figure 4, est réalisée par une machine de surpiquage, communément désignée sous le nom anglais « Stitch bonding machine ». Une série d'aiguilles 60 pointues sont montées les unes à côté des autres sur une barre s'étendant selon une direction normale à la direction d'avancement de l'empilement. Un grand nombre de points de couture différents peuvent être réalisés 30 en fonction de la machine de surpiquage ou de la technique de couture choisie. Sur la figure 4, l'aiguille 60 présente une encoche 62 destinée à recevoir temporairement le fil de liaison 50. A chaque aiguille 60 est associée une épingle 64 correspondante, s'étendant en partie le long et au contact de l'aiguille 60. L'épingle 64 est mobile en translation par rapport à l'aiguille 60 et coulisse le long de celle-ci pour faire passer le fil de liaison 50 et 35 réaliser un point. 6 Lors de la couture, les aiguilles 60 pénètrent à travers la nappe 30 de fibres et la couche de polymère 32 en effectuant un déplacement latéral de va-et-vient perpendiculaire à la direction d'avancement de l'empilement. En raison de l'avancement de l'empilement, les fils de liaison 50 se retrouvent positionnés en diagonale et 5 emprisonnent à la fois les fils de chaine 34 et les fils de trame 36. La deuxième partie des fibres 36 est ainsi maintenue solidaire avec la première partie des fibres 34 par couture réalisée lors de l'assemblage de la nappe 30 de fibres et de la couche de polymère 32. L'assemblage des fils de chaine 34 et de trame 36 entre eux est ainsi réalisé 10 simultanément à l'assemblage de la nappe 30 de fibre avec la couche de polymère 32, au cours d'une unique étape par couture. Une méthode de fabrication de la pièce structurelle 10 va à présent être décrite. Cette méthode comporte initialement une étape de chauffage d'un précurseur 20 de peau de type précité. 15 Le précurseur 20 de peau 12, 14 est disposé dans des moyens chauffants, par exemple dans un dispositif de chauffe par contact entre deux plateaux chauds. De préférence, l'étape de chauffage est réalisée à une température supérieure ou égale à la température de fusion du polymère formant la couche de polymère 32. Selon ce mode de réalisation, ledit polymère fond et joue le rôle de matrice emprisonnant les 20 fibres issues de la couche 30. Il joue ainsi le rôle de matrice pour la peau composite 12, 14. Puis, la méthode comporte une étape d'empilement dans un moule d'au moins une première peau 12 chauffée et d'un écarteur 16 selon une direction d'empilement. Avantageusement, une deuxième peau 14 est disposée sur la face libre de l'écarteur 16, 25 l'écarteur 16 étant disposé entre la première et la deuxième peaux 12, 14. Puis le moule est fermé. Selon un mode de réalisation particulier, la méthode comporte également une étape de compression de l'ensemble formé par la superposition de la ou des peau(x) 12, 14 et de l'écarteur 16. Dans le cas d'un excès de polymère dans la peau 12, 14, celui-ci vient en contact 30 avec l'écarteur 16, assurant ainsi un collage optimal entre les peaux 12, 14 et l'écarteur 16. La couche de polymère 32 joue ainsi le rôle de liant et contribue à la cohésion de la pièce structurelle 10, sans qu'il soit nécessaire d'utiliser une résine liquide en supplément. L'assemblage de la nappe 30 de fibres et de la couche de polymère 32 par couture maintient les fibres en place et assure une bonne cohésion du précurseur 20 de 35 peau 12, 14 et de la peau 12, 14 elle-même. La peau 12, 14 est facile à découper et à manipuler. La peau 12, 14 ne se déforme pas lors de son introduction dans le moule. La 7 formation de plis ou autres ondulations est ainsi évitée. Les propriétés mécaniques de la peau 12, 14, et notamment le module d'Young, ne sont donc pas diminuées. La couche de polymère 32 est assemblée initialement avec la nappe 30 de fibres, et ce en une seule étape. Le procédé de fabrication du précurseur 20 de peau 12, 14 est 5 ainsi économique et rapide. Selon un autre mode de réalisation, représenté schématiquement sur la figure 5, le précurseur 20 de peau 12, 14 comporte une première couche de polymère 32 de type précitée et une deuxième couche de polymère 132. La deuxième couche de polymère 132 est empilée sur la face libre de la nappe 30 de fibres. La nappe 30 de fibres est 10 interposée entre la première couche de polymère 32 et la deuxième couche de polymère 132. La deuxième couche de polymère 132 est de préférence de même nature que la première couche de polymère 32. En variante, la deuxième couche de polymère 132 est différente de la première couche de polymère 32. Par exemple, les première et deuxième 15 couches de polymère 32, 132 sont réalisées dans des matériaux différents. Le collage de la peau 12, 14 sur l'écarteur 16 est renforcé par la présence de la deuxième couche de polymère 132. Dans un premier mode de réalisation, la deuxième couche de polymère 132 est empilée sans être liée par couture à la nappe 30 de fibres. L'assemblage de la première 20 couche de polymère 32 et de la nappe 30 de fibres par couture garantit une cohésion suffisante pour ne pas avoir à lier la deuxième couche de polymère 132 par couture. La deuxième couche de polymère 132 est par exemple déposée sur la face libre de la nappe 30 de fibres lors de l'introduction du précurseur 20 de peau 12, 14 dans les moyens chauffants. 25 Dans un deuxième mode de réalisation, la première couche de polymère 32, la nappe 30 de fibres et la deuxième couche de polymère 132 sont assemblés par couture, la couture étant réalisée par passage d'un appareil à piquer à travers la nappe 30 de fibres et les première et deuxième couches de polymère 32, REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un précurseur (20) de peau (12, 14) composite pour pièce structurelle (10), notamment de véhicule automobile, caractérisé en ce que le procédé comporte les étapes suivantes fourniture d'une nappe (30) de fibres, une première partie des fibres (34) s'étendant sensiblement parallèlement à une première direction (A) et une deuxième partie des fibres (36) s'étendant sensiblement parallèlement à une deuxième direction (B); - empilement d'au moins une première couche de polymère (32) sur une première face de la nappe (30) de fibres ; et assemblage de la nappe (30) de fibres et de la couche de polymère (32) par couture; la couture étant réalisée par passage d'un appareil à piquer à travers la nappe (30) de fibres et la couche de polymère (32). 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel la deuxième partie des fibres (36) s'étend sensiblement perpendiculairement à la première direction (A), la deuxième partie des fibres (36) étant maintenue solidaire avec la première partie des fibres (34) par couture réalisée lors de l'assemblage de la nappe (30) de fibres et de la couche de polymère (32). 20 3. Procédé de fabrication selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la nappe (30) de fibres est formée de fibres de verre. 4. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans 25 lequel la couche de polymère (32) est formée par une nappe de fibres de polymère, notamment réalisée par nappage ou aiguilletage. 5.Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la couche de polymère (32) est choisie parmi un Mm de polymère ou une plaque de 30 polymère. 6.- Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la couche de polymère (32) est réalisée en un polymère choisi parmi le polypropylène; le poly(téréphtalate d'éthylène), le polyamide et le polyéthylène. 35 9 7.- Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la nappe de fibres (32) est dépourvue de résine. 8.- Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes; comportant l'empilement sur une deuxième face de la nappe (30) de fibres d'une deuxième couche de polymère (132), la nappe (30) de fibres étant interposée entre la première couche de polymère (32) et la deuxième couche de polymère (132). 9.- Procédé de fabrication selon la revendication 8; dans laquelle la deuxième 10 couche de polymère (132) est empilée sur la nappe (30) de fibres sans être liée par couture à la nappe (30) de fibres. 10.- Méthode de fabrication d'une pièce structurelle (10), notamment de véhicule automobile, comportant une étape de chauffage d'un précurseur de peau (12, 14), ledit précurseur de peau (12;14) étant obtenu par un procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, pour former au moins une première peau (12, 14), et une étape d'empilement dans un moule d'au moins la première peau (12, 14) et d'un écarteur (16). 11.- Méthode selon la revendication 10, dans laquelle l'étape de chauffage est réalisée à une température supérieure ou égale à la température de fusion du polymère formant l'au moins une couche de polymère (32).25