Brevet FR3089449A1 — publié le 20200612

Description Titre de l'invention : Elément de carrosserie de véhicule comprenant une pièce d'aspect collée sur une pièce de structure [0001] L'invention a pour objet un élément de carrosserie de véhicule comprenant une pièce d'aspect et une pièce de structure en matière plastique. [0002] Les éléments de carrosseries de ce type, notamment des hayons, sont constitués d'un panneau de structure intérieur en matériau thermodurcissable et d'un panneau extérieur, ou peau extérieure, en matière thermoplastique, collé sur la pièce intermédiaire et participant à l'aspect extérieur du véhicule. [0003] Les éléments de carrosserie sont reliés au châssis du véhicule par le panneau de structure. [0004] De manière connue, la pièce de structure est obtenue par moulage d'un matériau ther- modurcissable à l'aide d'un procédé de type SMC (Sheet Moulding Compound). [0005] La peau formant la face extérieure est également une pièce moulée d'une épaisseur inférieure à 3mm, voire de l'ordre de 1 mm, et considérée comme faible en regard des autres dimensions de la pièce, teintée dans la masse ou peinte, et résultant du moulage par injection d'un matériau thermoplastique tels que du Polypropylène (PP). [0006] Ces deux panneaux sont réunis par un cordon de colle adapté pour adhérer sur chacun des panneaux, dont l'épaisseur varie de 0,5 mm à 3 mm. [0007] Les deux panneaux en matière plastique ont des comportements thermomécaniques différents du fait de leur forme de leur dimensionnement en rigidité, des matériaux de moulage éventuellement différents employés pour leur réalisation et présentent de plus des coefficients linéaires d'expansion thermique (CLTE) très différents. A titre d'exemple, la peau peut avoir un CLTE de l'ordre de 40 10 6 in Mit, tel que le Polypropylène chargé en talc qui présente un CLTE de l'ordre de 35 10 6 mm/°C, alors que la pièce de structure peut avoir un CLTE trois à quatre fois inférieur, tel que pour un SMC PE chargé de fibre de verre qui présente un CLTE de l'ordre de 13 106 mm/°C. [0008] Ces différences de comportement thermomécaniques provoquent, en cas d'élévation de température, notamment en cas d'exposition à l'ensoleillement, des dilatations différentielles entre les panneaux provoquant des tensions importantes au sein du cordon de colle. La déformation du cordon de colle peut alors être insuffisante pour absorber ces dilatations différentielles ce qui engendre des marques visibles à chaud sur la pièce la moins rigide, en règle générale, la peau extérieure. De même, après refroidissement des deux panneaux et leur retour à leur forme initiale, le cordon de colle ne revient pas systématiquement à sa place originale, ce qui engendre également une contrainte résiduelle qui se transmet dans la peau considérée ici comme la pièce la plus souple, 2 provoquant également des marques. Cette contrainte résiduelle résulte d'une caractéristique de la colle désignée par le terme de déformation rémanente, résultant du caractère non totalement élastique de la colle lors de sa mise en extension. Cette déformation rémanente engendre une déformation plastique et non réversible de la colle pendant une sollicitation mécanique, en particulier à température élevée, par exemple sous l'effet de l'ensoleillement du véhicule à une température souvent supérieure à 80°C voire à 100°C. [0009] Un autre phénomène se manifeste également lors de l'étape d'assemblage de la peau et de la pièce intermédiaire de structure. En effet, lors de la polymérisation de la colle, et en l'absence de déformation thermique des panneaux, on observe un retrait de la colle susceptible de produire des marques sur la peau au niveau des cordons de colle. [0010] Ces défauts de surface, visibles de l'extérieur, sont jugés inacceptables par les constructeurs de véhicules automobiles. [0011] L'invention a pour objet de déterminer les caractéristiques descriptives les plus ap- propriées pour sélectionner une colle permettant d'assembler les deux panneaux de l'élément de carrosseries de véhicule ne présentant pas les défauts signalés ci-dessus. [0012] L'élément de carrosserie de véhicule automobile selon l'invention comprend un panneau d'aspect en thermoplastique formant une peau extérieure et une pièce de structure intermédiaire en matériau thermodurcissable ayant un coefficient de dilatation thermique inférieur à celui du panneau d'aspect, les deux pièces étant réunies par un cordon de colle disposé sur une face d'une des deux pièces en vis-à-vis de l'autre pièce. [0013] Cet élément de carrosserie se caractérise en ce que la colle présente à la fois : [0014] un retrait inférieur à 0,5 % lors de la phase de polymérisation de la colle, [0015] une déformation rémanente inférieure à 3% pour une déformation imposée de 15% à 110°C pendant une durée de 15 minutes. [0016] La sélection d'une colle présentant ces caractéristiques offre ainsi les meilleures per- formances dans la majorité des cas de figure dans lesquels on procède à l'assemblage d'une peau extérieure sur une pièce de structure présentant un coefficient de dilatation inférieur, et usuellement mis en oeuvre dans l'industrie automobile. [0017] L'apparition de déformations au droit des cordons de colle peut ainsi être évitée, et permet de satisfaire les cahiers des charges exigeants des constructeurs automobiles. [0018] L'invention comprend également, isolément, ou en combinaison, les éléments suivants : [0019] Le panneau d'aspect est formé d'un matériau choisi parmi un des matériaux suivants : Polypropylène (PP) ou , Polycarbonate (PC) ou, 3 Acrylonitrile Butadiène Styrène (ABS) ou, Acrylonitrile Butadiène Styrène/Polycabonate (ABS/PC) ou, Polycarbonate/Polypropylène Terephtalate (PC/PBT) ou, Polycarbonate/Polyéthylène Téréphtalate (PC/PET) ou, Polyéthylène (PE). [0020] La pièce de structure intermédiaire est formée d'un matériau choisi parmi un des matériaux suivants : Polypropylène (PP), éventuellement renforcé par des fibres de verre (de type PPGFL) ou chargé en talc ou, SMC à matrice Polyester ou, Vinylester ou, Epoxy renforcé par des fibres de verre ou de carbone. [0021] Le cordon de colle a une largeur inférieure à 25 mm et préférentiellement inférieure à 15 mm. [0022] Le cordon de colle a une épaisseur comprise entre 0,8 mm et 3mm, et préféren- tiellement comprise entre 1 mm et 2 mm. [0023] Le module d'Young de la colle est compris entre 0,5 MPa et 10 MPa, et préféren- tiellement compris entre 0,5 et 3 MPa. [0024] La colle présente un allongement à la rupture compris entre 20% et 800%. [0025] Le rapport entre le coefficient de dilatation thermique du panneau d'aspect formant la peau extérieure et le coefficient de dilatation thermique de la pièce de structure intermédiaire est compris entre 1 et 5. [0026] Le panneau d'aspect formant la peau extérieure a une épaisseur comprise entre 1,5 mm et 5 mrn [0027] L'élément de carrosserie de véhicule est notamment un hayon ou une porte de coffre arrière ou un becquet de toit ou de hayon, ou un capot ou une porte latérale. Brève description des figures [0028] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et des figures annexées, qui sont fournies à titre d'exemples et ne présentent aucun caractère limitatif, dans lesquelles : [0029] [fig.1][Fig. 1] La figure 1 est une représentation schématique en perspective d'un hayon arrière de véhicule. [0030] [fig.2][Fig. 2] La figure 2 est une vue schématique en coupe des plumeaux à température ambiante. [0031] [fig.3][Fig. 3] La figure 3 est une vue schématique en coupe des plumeaux soumis à un fort enso- leillement. Description détaillée [0032] La partie arrière de la carrosserie du véhicule 1 telle que représentée à la figure 1 permet de visualiser les différentes pièces constituant le hayon. La pièce de structure intermédiaire 10 moulée supporte les charnières et les éléments de fermeture du hayon. Un panneau d'aspect formant une peau extérieure 20, se présentant ici en deux parties, est destiné à être collé sur la pièce de structure intermédiaire 10. [0033] La pièce de structure est préférentiellement formée par un panneau en polypropylène de 3 à 4 mm d'épaisseur, renforcé à 40% de fibres de verre, dont le module d'Young est (le l'ordre de 8000 MPa et dont le coefficient de dilatation thermique est d'environ 30 10-6 °K-1 selon le matériau choisi. [0034] Lc cas échéant, la pièce de structure intermédiaire peut être réalisée par un procédé de type SMC. [0035] Lc panneau d'aspect formant la peau extérieure 20 est formé d'une ou plusieurs pièces moulées à la forme extérieure du hayon dont l'épaisseur varie de 1 mm à 3 mm. Le matériau choisi pour réaliser cc panneau d'aspect est usuellement du polypropylène, qui peut comprendre une charge de talc. Le panneau d'aspect peut être teinté dans la niasse ou peint sur la face exposée vers l'extérieur du véhicule. [0036] Lc module d'Young de la peau en polypropylène chargé est de l'ordre de 1800 MPa et son coefficient de dilatation thermique peut également varier de 30 à 40 10-6 °K-, selon le matériau sélectionné. [0037] Lc cas échéant, ce panneau d'aspect peut être réalisé en Acrylonitrile Butadiène Styrène/Polycabonate (ABS/PC), en Polycarbonatc/Polypropylène Terephtalate (PC/PBT), en Polycarbonatc/Polyéthylène Téréphtalate (PC/PET) ou encore en Polyéthylène (PE). [0038] Selon les matériaux choisis pour la réalisation de la pièce de structure intermédiaire 10 et le panneau d'aspect formant la peau extérieure 20, on observe que le rapport entre le coefficient de dilatation thermique de la pièce de structure intermédiaire et le coefficient de dilatation thermique de la peau extérieure 20 est très supérieur à 1 et peut aller couramment jusqu'à une valeur de 5. [0039] La figure 2 est une vue en coupe de la pièce de structure intermédiaire 10 et du panneau d'aspect 20 réunis par un cordon de colle 30. Les deux panneaux sont représentés à la température ambiante de 20°C. Aucune dilatation différentielle n'est observable. La distance entre les deux cordons de colle 30, correspondant à la longueur libre et défomaable du panneau entre ces deux cordons est égale à LI. Pour la suite de la description, et à titre d'exemple, la distance LI est égale à 400mm. Les cordons de colle 30 ne subissent aucune tension particulière. [0040] Lorsque la pièce dc structure 10 et le panneau d'aspect 20 sont soumis à un enso- leillement intense, la température des matériaux peut s'élever rapidement et atteindre, par exemple, 80°C, voire plus dans certaines régions. [0041] La figure 3 permet de visualiser le phénomène de dilatation différentielle. La pièce de structure 10 dont le coefficient de dilatation thermique al est égal par exemple à 8 10-601(Ase dilate alors d'une valeur AL, = ct, x AT x L1= ct, x 60°x400= 0,2 mm environ. Et le panneau d'aspect dont le coefficient de dilatation thermique no est égal par exemple à 40 10-60K Ise dilate alors d'une valeur AL, = x 60°x400= 1 mm environ. Soit une différence (AL2-4L,) de dilatation entre les deux pièces, vue dans le plan moyen et entre les deux cordons de colle, de l'ordre de 0,8mm. [0042] Les cordons de colle 30 ayant un module d'Young beaucoup plus faible que le panneau d'aspect ou que la pièce de structure intermédiaire se déforment dans la direction transversale et forment un bombement dans la direction perpendiculaire aux panneaux. Pour un cordon de colle d'une largeur Lo de 15 mm cela représente une déformation du cordon égale à (AL, AL,)/2 /Lo, soit environ 2,6%. Bien évidemment, plus l'écart de température est élevé, plus les panneaux ont un coefficient de dilatation thermique différents ou plus les cordons dc colle sont distants les uns des autres, plus ce ratio est élevé. [0043] Cette déformation n'est pas purement élastique et provoque un fluage du matériau formant le cordon de colle. En revenant à la température ambiante, cette déformation dite rémanente du cordon de colle est susceptible d'engendrer des efforts parasites dites contraintes rémanentes provoquant l'apparition d'une légère déformation au droit du joint de colle. Et plus le cordon de colle est large, ou plus le cordon de colle a une épaisseur e faible, plus la contrainte rémanente est importante. [0044] Pour établir une valeur de seuil de déformation du cordon de colle à ne pas dépasser, et en deçà duquel le phénomène de marquage n'est plus visible, il a été mis en évidence, de façon expérimentale, qu'une déformation rémanente inférieure à 3% pour une exposition à une température de 110°C pendant une durée de 15 minutes, permettait de satisfaire les cahiers des charges imposés par les constructeurs automobiles pour la plupart des matériaux choisis pour la réalisation des éléments de carrosseries de véhicule, lorsque le rapport des coefficients de dilatation thermique de la pièce de structure intermédiaire 10 et du panneau d'aspect 20 restent compris entre 1 et 5, comme cela a été évoqué ci-dessus pour les matériaux usuellement employés pour la fabrication des élément de carrosseries de véhicule. Le test est réalisé à l'aide d'une éprouvette altère standard de colle en comparant, à température ambiante, la longueur d'un échantillon de colle réticulée ou polymérisée, et la longueur de ce même échantillon revenu à la température ambiante après avoir subi une déformation imposée de 15% à une température de 110°C pendant une durée de 15 minutes. 6 [0045] Il a également été mis en évidence que la colle subit un retrait pendant le processus de fabrication de l'élément de carrosserie au cours de l'étape de réticulation. Cette étape de polymérisation s'effectue à température ambiante. Cc retrait engendre également des contraintes permanentes au niveau du cordon de colle qui sont également susceptibles de déformer la peau localement au droit du cordon, sans que l'élément de carrosserie soit exposé à des températures élevées. [0046] Lorsque le retrait de la colle pendant la phase de réticulation est inférieur à 0,5 %, il a également été mis en évidence, toujours de manière expérimentale, que le défaut lié aux contraintes rémanentes exposé ci-dessus n'apparait plus de manière visible. [0047] Le respect d'autres caractéristiques permet également de réduire le risque d'apparition de ce phénomène de marquage. [0048] Ainsi, pour améliorer la déformation élastique et réduire les contraintes rémanentes, le cordon de colle a une largeur inférieure à 25 mm et préférentiellement inférieure à 15 mm, et une épaisseur comprise entre 0,8 mm et 3 mm et préférentiellement comprise entre 1,5 mm et 3 mm. [0049] Pour minimiser les contraintes rémanentes, le module d'Young de la colle est compris entre 0, 5 MPa et 10 MPa, et préférentiellement compris entre 0,5 et 3 MPa. [0050] Enfin, pour éviter les amorces de rupture de la colle, on choisira une colle présentant un allongement à la rupture compris entre 20% et 800%. [0051] Bien que de nombreuses colles soient susceptibles de respecter ces exigences, on choisira une colle compatible avec les matériaux formant la pièce de structure et le panneau d'aspect. [0052] Compte tenu des matériaux les plus couramment utilisés évoqués précédemment, une colle polyuréthane (PU) semble la plus appropriée, et en règle générale de type Polyuréthane bi composant, formée du mélange d'un Polyol et d'un Isocyanate, de type Polyuréthane modifié silane (SPUR), ou encore de type Polyéthers modifiés silane (SPE ou SPTE). [0053] A titre d'exemple, des colles polyuréthane bi composant, bas module, haute flexibilité, durcissant à température ambiante, fournies par la Sté AXSON (marque déposée) sous la référence ADEKIT H6257 présentent une déformation rémanente de 1,8% après une mise en tension de 15% pendant 15 minutes à 110°C, et un retrait inférieur à 0,5% pendant la phase de réticulation. De même, la colle désignée sous la référence ADEKIT XP3767/7, du même fournisseur, ou sous la référence H6258 du fournisseur SIKA, démontre une déformation rémanente de 1,7% dans les mêmes conditions que celles citées précédemment, et un retrait également inférieur à 0,5% lors de la phase de réticulation. [0054] Ces deux colles donnent de bons résultats et remplissent les caractéristiques techniques évoquées ci-dessus. 7 NOMENCLATURE 100551 1. Carrosserie de véhicule. Pièce de structure intermédiaire. 20. Panneau d'aspect formant une peau extérieure. 30 Cordon de colle. Lo Largeur du cordon de colle. L1 Longueur séparant deux cordons de colle. e Epaisseur du cordon de colle. ai Coefficient de dilatation thermique de la pièce de structure intermédiaire. a2 Coefficient de dilatation thermique du panneau d'aspect formant la peau ex- térieure. AL, Dilatation thermique de la pièce de structure intermédiaire. AU Dilatation thermique du panneau d'aspect formant une peau extérieure. 8 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5]