Brevet FR3091667A1 — publié le 20200717

Description Titre de l'invention : Procédé de fabrication d'une pièce d'équipement de véhicule automobile et pièce d'équipement associée [0001] La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce d'équipement de véhicule automobile, comprenant les étapes suivantes : formation (l'un empilement comprenant : une première et une deuxième nappes de base ; un écarteur disposé entre lesdites première et deuxième nappes de base ; et au moins une première feuille poreuse disposée à l'opposé de l'écarteur par rapport à la première nappe de base ; au moins la première nappe de base comportant des fibres céramiques et au moins un premier polymère thermofusible, ledit premier polymère thcrmofusible présentant un premier indice de fluidité à chaud ; puis chauffage et première compression de l'empilement contre un support, de sorte à faire fondre le premier polymère thermofusible et à faire adhérer ledit polymère fondu aux fibres céramiques pour conduire à un élément composite pré-formé ; puis deuxième compression, dans un moule, de l'élément composite pré-formé. [0002] Il est connu de réaliser des pièces d'équipement de véhicule automobile, telles des tablettes de coffre, à base de matériau composite constitué de fibres de renfort en céramique, généralement en verre, et d'une matrice thermoplastique. [0003] Ce matériau composite est obtenu en thermoformant c'est-à-dire en chauffant puis comprimant, une nappe textile constituée d'un mélange intime de fibres de renfort et de fibres à base d'un polymère thermoplastique. [0004] Après chauffage, les fibres thermoplastiques fusionnent, conduisant à un élément composite pré-formé ; lequel élément est transporté jusqu'à un moule de formage. Le moule est refermé, permettant le refroidissement du polymère qui constituera la matrice du composite. [0005] Cependant, dans l'élément composite pré-formé, les fibres céramiques noyées dans le polymère fondu ont tendance à se redresser et à transpercer la surface dudit élément composite pré-formé. Cc phénomène est particulièrement prononcé dans le cas de l'utilisation de fibres céramiques courtes, de type fibres de verre. [0006] Les pièces résultantes présentent donc une surface parsemée de micro-pointes, ce qui génère un inconfort et une insécurité pour les utilisateurs. [0007] Une solution connue consiste à recouvrir l'élément composite de plusieurs couches de matériau, ce qui augmente les coûts de fabrication des pièces. [0008] La présente invention a pour but d'améliorer le procédé de fabrication existant, de manière à empêcher les fibres céramiques de percer la surface de l'élément composite pré-formé. 2 [0009] A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication du type précité, comportant, avant l'étape de chauffage et de première compression, la disposition d'un premier film comprenant un deuxième polymère thermofusible entre la première nappe de base et la première feuille poreuse, ledit deuxième polymère thermofusible présentant un deuxième indice de fluidité à chaud, inférieur au premier indice de fluidité à chaud. L'étape de chauffage et de première compression conduit à une fusion au moins partielle du premier film, le deuxième polymère imprégnant ainsi au moins partiellement la première feuille poreuse. [0010] Suivant d'autres aspects avantageux de l'invention, le procédé de fabrication comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : [0011] - le deuxième indice de fluidité à chaud du deuxième polymère thermofusible est inférieur à 20g/lOmn à 260°C et préférentiellement compris entre 5g/lOmn et 15g/lOmn ; [0012] - le premier indice de fluidité à chaud du premier polymère thermofusible est supérieur à 20g/l Omn à et préférentiellement compris entre 30g/10mn et 60g/10mn ; [0013] - le premier polymère thermofusible est un polypropylène ; [0014] - au moins la première nappe de hase comporte des fibres d'au moins le premier polymère thermofusible ; [0015] - le deuxième polymère thermofusible est un polyester, de préférence un polyester saturé tel qu'un polyéthylène téréphtalate ; [0016] - chacun des premier et deuxième polymères thermofusibles a une température de fusion comprise entre 150°C et 180 °C ; [0017] - la deuxième nappe de base comporte des fibres céramiques et au moins un troisième polymère thennofusible, ledit troisième polymère thermofusible présentant un troisième indice de fluidité à chaud ; le procédé comprenant en outre, avant l'étape de chauffage et de première compression, la disposition d'une deuxième feuille poreuse à l'opposé de l'écarteur par rapport à la deuxième nappe de base ; et d'un deuxième film entre la deuxième nappe de base et la deuxième feuille poreuse, le deuxième film comprenant un quatrième polymère thermofusible présentant un quatrième indice de fluidité à chaud, inférieur au troisième indice de fluidité à chaud. [0018] L'invention se rapporte en outre à une pièce d'équipement de véhicule automobile issue d'un procédé de fabrication tel que décrit ci-dessus, comprenant un premier et un deuxième corps composites ; et un écarteur pris en sandwich entre les premier et deuxième corps composites, ledit premier corps composite comprenant : une première couche composite principale ; une première couche poreuse disposée à l'opposé de l'écarteur par rapport à ladite première couche composite principale ; et au moins une première couche plastique disposée entre la première couche composite principale et la 3 première couche poreuse, la première couche composite principale comportant une pluralité de fibres céramiques et une matrice liant lesdites fibres céramiques entre elles, la matrice comprenant l'au moins un premier polymère thermofusible, la première couche plastique comprenant le deuxième polymère thermofusiblc. [0019] Suivant un aspect avantageux de l'invention, le deuxième corps composite comprend : une deuxième couche composite principale ; une deuxième couche poreuse disposée à l'opposé de l'écarteur par rapport à ladite deuxième couche composite principale ; et au moins une deuxième couche plastique disposée entre la deuxième couche composite principale et la deuxième couche poreuse, la deuxième couche composite principale comportant une pluralité de fibres céramiques et une matrice liant lesdites fibres céramiques entre elles, la matrice comprenant le troisième polymère thermofusible, la deuxième couche plastique comprenant le quatrième polymère thermofusible. [0020] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels : [Fig 1] la figure 1 est une vue de détail, en coupe, d'une pièce d'équipement selon un mode de réalisation de l'invention ; [Fig 2] la figure 2 est une vue schématique d'une première étape de fabrication de la pièce d'équipement de la figure 1 ; et [Fig 3] la figure 3 est une vue schématique d'une deuxième étape de fabrication de la pièce d'équipement de la figure 1. [0021] La figure 1 représente une pièce 10 d'équipement de véhicule automobile selon un mode de réalisation de l'invention. La pièce 10 est avantageusement une pièce structurante du véhicule automobile, par exemple une tablette, telle qu'une tablette arrière de masquage de coffre, un faux plancher d'habitacle ou de coffre, ou un sous-moteur. [0022] La pièce 10 comporte un premier corps composite 12, un deuxième corps composite 16 et un écarteur 18, pris en sandwich entre les premier 12 et deuxième 16 corps composites. De préférence, la pièce 10 comporte en outre au moins une première couche de parement 19 appliquée sur l'un des corps composites 12, 16. Dans le mode de réalisation représenté, la pièce 10 comporte une première 19 et une deuxième 20 couches de parement, respectivement appliquées sur le premier 12 et sur le deuxième 16 corps composites. Lesdites couches de parement 19, 20 forment une surface extérieure de la pièce 10. [0023] Les éléments précédemment mentionnés sont superposés selon une direction d'empilement X. [0024] Dans le mode de réalisation représenté, les premier 12 et deuxième 16 corps composites sont sensiblement identiques et seront décrits simultanément ci-après. [0025] Le corps composite 12, 16 comporte une couche composite principale 22, une couche plastique 24 et une couche poreuse 26. [0026] La couche composite principale 22 comporte une pluralité de fibres céramiques 32 et une matrice 34 liant les fibres céramiques 32 entre elles. [0027] Les fibres céramiques 32 sont préférentiellement des fibres de verre. Lesdites fibres céramiques sont préférentiellement des fibres courtes, présentant par exemple une longueur moyenne inférieure à 150 mm. Les fibres céramiques 32 présentent par exemple un diamètre inférieur à 50 micromètres. [0028] La matrice 34 comporte au moins un premier polymère thermofusible 36. Avanta- geusement, ledit premier polymère thermofusible 36 est un polymère thermoplastique, préférentiellement un polypropylène. [0029] Le premier polymère thermofusible 36 présente un premier indice II de fluidité à chaud. L'indice de fluidité à chaud (WC), ou indice de fluage, ou en anglais meli flow index ou MFI, caractérise la capacité d'un polymère à s'écouler sous certaines conditions de températures et de pression. En particulier, l'IFC est inversement relié à la masse molaire du polymère. [0030] Le premier indice Ii de fluidité à chaud est préférentiellement supérieur à 20g/lOmn, plus préférentiellement compris entre 20g/lOmn et 60g/lOmn, encore plus préférentiellement compris entre 30g/l Omn et 60g/lOmn. De telles valeurs de I, correspondent notamment à une température de 260°C avec une charge nominale de 0,325kg, conformément à la Norme ISO 1133 :2005 Méthode A. [0031] La proportion massique de matrice 34 dans la couche composite principale 22 est comprise entre 30% et 70% par rapport à la masse totale de ladite couche 22. De même, la proportion massique des fibres céramiques 32 dans la couche composite principale 22 est comprise entre 30% et 70% par rapport à la masse totale de ladite couche 22. De préférence, chacune des proportions massiques de fibres céramiques 32 et de matrice 34 est d'environ 50%. [0032] La couche composite principale 22 présente une première épaisseur 38 selon la direction d'empilement X. [0033] La couche plastique 24 est disposée entre la couche composite principale 22 et la couche poreuse 26. La couche plastique 24 comporte un deuxième polymère thermofusible 40, avantageusement un polymère thermoplastique. Le deuxième polymère thermofusible 40 est par exemple un polyester, de préférence un polyester saturé tel qu'un polyéthylène téréphtalate ou un co-polymère de polyéthylène téréphtalate. [0034] Le deuxième polymère thermofusible 40 présente un deuxième indice 12 de fluidité à chaud, inférieur au premier indice L de fluidité à chaud. Le deuxième polymère thermofusible 40 présente donc de préférence une masse molaire supérieure à la masse molaire du premier polymère thermofusible 36. [0035] Le deuxième indice L de fluidité à chaud est préférentiellement inférieur à 20g/lOtnn et plus préférentiellement compris entre 5g/lOtnn et 15g/lOmn, dans les conditions de mesure indiquées ci-dessus pour le premier indice 11 de fluidité à chaud. [0036] De préférence, les premier 36 et deuxième 40 polymères thermofusibles ont des tem- pératures de fusion proches. Par exemple, chacun des premier 36 et deuxième 40 polymères thermofusibles a une température de fusion comprise entre 150°C et 180 °C, plus préférentiellement une température de fusion avoisinant les 160°C. [0037] La couche poreuse 26 est disposée entre la couche plastique 24 et la couche de parement 19, 20. La couche poreuse 26 présente une pluralité de pores qui déterminent sa mouillabilité par capillarité. Comme il sera décrit par la suite, la couche poreuse 26 est apte à être au moins partiellement imprégnée d'un polymère fluide, sous certaines conditions de température et de pression. La couche poreuse 26 est par exemple formée de fibres cellulosiques. [0038] Chacune des couches plastique 24 et poreuse 26 présente une épaisseur inférieure à la première épaisseur 38 de la couche composite principale 22. Avantageusement, l'épaisseur de la couche plastique 24 et/ou de la couche poreuse 26 est très inférieure à la première épaisseur 38 et est par exemple inférieure à 5% de ladite première épaisseur 38. [0039] La couche plastique 24 est solidaire de la couche composite principale 22. Avanta- geusement, des fibres céramiques 32 de ladite couche composite principale pénètrent partiellement la couche plastique 24, sans toutefois traverser complètement ladite couche plastique. [0040] La couche poreuse 26 est solidaire de la couche plastique 24. Avantageusement, le deuxième polymère thermofusible 40 de ladite couche plastique 24 est partiellement imprégné dans ladite couche poreuse 26. [0041] L'écarteur 18 est disposé entre les premier 12 et deuxième 16 corps composites, au contact de chaque couche composite principale 22. L'écarteur 18 est avantageusement formé d'un matériau léger, tel que du papier ou du carton. [0042] Préférentiellement, l'écarteur 18 présente une structure alvéolaire ou en nid d'abeille. Dans le mode de réalisation représenté, l'écarteur 18 présente une pluralité de parois 42 sensiblement parallèles à la direction d'empilement X. Les parois 42 délimitent des espaces centraux 44 de contour fermé, formant des alvéoles. [0043] En variante non représentée, l'écarteur est formé d'une mousse polymère, par exemple d'une mousse de polyester. [0044] En variante à la description ci-dessus, les couches composites principales 22 des premier 12 et deuxième 16 corps composites comprennent des premiers polymères thermofusibles 36 différents et/ou les couches plastiques 24 des premier 12 et 6 deuxième 16 corps composites comprennent des deuxièmes polymères thermofusibles 40 différents. Cependant, chaque deuxième polymère thermofusible a de préférence un indice de fluidité à chaud inférieur à celui du premier polymère thermofusihle avec lequel il est en contact. [0045] La figure 2 montre une première étape d'un procédé de fabrication de la pièce d'équipement 10. La figure 3 montre notamment un empilement 50 comprenant : une première 52 et unc deuxième 53 nappes de hase ; un écarteur 18 ; une première 54 et une deuxième 56 feuilles poreuses ; et un premier 58 et un deuxième 60 films plastiques. Lesdits éléments sont empilés selon la direction d'empilement X, comme il sera précisé ci-après. [0046] Chaque nappe de hase 52, 53 comprend un mélange de fibres céramiques 32 pré- cédemment décrites et de fihres 62 de polymère thermofusihle. [0047] Les fihres 62 comprennent au moins le premier polymère thermofusihle 36 pré- cédemment décrit. Selon un mode dc réalisation, toutes les fihres 62 sont constituées d'un même premier polymère thermofusible 36. En variante, les fihres 62 incluent des fibres formées d'un autre polymère thermofusible. [0048] La proportion massique des fibres céramiques 32 dans la nappe de hase 52, 53 est comprise entre 30% et 70%, et de préférence proche dc 50%, par rapport à la masse totale de ladite nappe de hase. [0049] La nappe de hase 52, 53 présente une deuxième épaisseur 64 selon la direction d'empilement X. Comme il sera précisé ci-après, la deuxième épaisseur 64 est supérieure à la première épaisseur 38 souhaitée pour la couche composite principale 22 du corps composite à fabriquer. [0050] De manière connue, la nappe de base 52, 53 est par exemple réalisée selon un procédé par dispersion à l'air, ou encore par cardage/nappage. La réalisation de ladite nappe de base comporte de préférence une étape de renforcement par aiguilletage. [0051] L'écarteur 18, décrit-ci-dessus dans le cadre de la pièce 10, est disposé entre les première 52 et deuxième 53 nappes de base dans l'empilement 50. [0052] Chaque feuille poreuse 54, 56 est formée d'un matériau poreux, tel que des fibres cellulosiques. Chacune des première 54 et deuxième 56 feuilles poreuses est disposée à l'opposé de l'écarteur 18, pal- rapport respectivement à la première 52 et à la deuxième 53 nappe de base. [0053] Le premier film plastique 58 est disposé entre la première nappe de base 52 et la première feuille poreuse 54. Le deuxième film plastique 60 est disposé entre la deuxième nappe de base 53 et la deuxième feuille poreuse 56. Chacun desdits films plastiques 58, 60 est formé du deuxième polymère thermofusible 40 décrit ci-dessus. [0054] La figure 2 montre en outre une unité de pré-formage 70. Ladite unité de pré-formage comporte un premier 72 et un deuxième 74 plateaux chauffants. Lesdits plateaux sont 7 mobiles l'un par rapport à l'autre selon la direction d'empilement X en considérant que l'empilement 50 est disposé sur le premier plateau chauffant 72. Les plateaux chauffants 72, 74 sont aptes à exercer une compression à chaud sur l'empilement 50, de sorte à conduire à un élément composite pré-formé 76 (figure 3) comme il sera décrit ci-après. [0055] La figure 3 montre une deuxième étape du procédé de fabrication de la pièce d'équipement 10. [0056] La figure 3 montre notamment une unité de moulage 80, comprenant un moule 82 et un contre-moule 84, mobiles l'un par rapport à l'autre et aptes à délimiter entre eux une cavité de moulage 86. Ladite cavité de moulage 86 présente la forme recherchée pour la pièce 10. [0057] De manière optionnelle, l'unité de moulage 80 comporte en outre des moyens de ré- gulation de la température du moule 82 et du contre-moule 84. [0058] Un procédé de fabrication de la pièce d'équipement 10 va maintenant être décrit. [0059] L'empilement 50 est tout d'abord réalisé en empilant comme décrit ci-dessus les nappes de hase 52, 53, l'écarteur 18, les feuilles poreuses 54, 56, et les films plastiques 58, 60. Lesdits éléments sont préalablement découpés selon les contours souhaités pour la pièce d'équipement 10. [0060] L'empilement 50 ainsi formé est ensuite disposé dans l'unité de pré-formage 70, notamment sur le premier plateau 72 à température ambiante. [0061] Les premier 72 et deuxième 74 plateaux sont ensuite chauffés et rapprochés l'un de l'autre, de sorte à comprimer à chaud l'empilement 50. [0062] En particulier, l'empilement 50 est chauffé jusqu'à une température supérieure à la température de fusion du premier polymère thermofusible 36. Cette température est par exemple supérieure à 160°C, et notamment d'environ 200°C. [0063] De préférence, le chauffage est mis en oeuvre pendant une durée supérieure à 10 secondes, et notamment comprise entre 30 secondes et 45 secondes. [0064] Ainsi, les fibres 62 des nappes de base 52, 53 fondent, pour former une première résine fluide de premier polymère thermofusible 36, dans laquelle sont noyées les fibres céramiques 32. [0065] De même, le deuxième polymère thermofusible 40 des films plastiques 58, 60 fond au moins partiellement, conduisant à une couche de deuxième résine fluide au contact de la première résine fluide. [0066] En parallèle, les premier 72 et deuxième 74 plateaux exercent une compression sur l'empilement 50, la pression exercée étant par exemple de l'ordre de 6 bars. Une telle compression conduit notamment à une diminution de l'épaisseur de la nappe de base 52, 53. [0067] De préférence, la nappe de base 52, 53 est comprimée entre les plateaux 72, 74 avant 8 la fusion des fibres 62 de polymère. Ainsi, la pression permet d'orienter les fibres 32, 62 sensiblement perpendiculairement à la direction d'empilement X. [0068] Après la fusion des fibres 62 de polymère, les fibres céramiques 32 ont tendance à se réorienter vers ladite direction d'empilement X. Or, la couche de deuxième résine fluide, formée du deuxième polymère therrnofusible 40, est plus visqueuse que la première résine fluide formée du premier polymère thermofusible 36. [0069] Une fois en contact avec ladite deuxième résine fluide, les fibres céramiques 32 ont plus de difficulté à se réorienter vers la direction d'empilement X. La grande majorité des fibres céramiques 32 reste donc contenue dans les première et deuxième résines fluides, notamment sans atteindre les feuilles poreuses 54, 56. [0070] En parallèle, durant la compression de l'empilement 50, la première résine fluide imprègne partiellement l'écarteur 18 ; et la deuxième résine fluide imprègne partiellement chacune des feuilles poreuses 54, 56. [0071] Cette première étape de compression à chaud permet ainsi de relier toutes les couches de l'empilement 50, conduisant à un élément composite pré-formé 76. Le terme « pré-formé » est utilisé car les première et deuxième résines, encore à l'état fluide, ne constituent pas encore la matrice d'un corps composite. [0072] Après cette première étape de compression à chaud, les premier 72 et deuxième 74 plateaux sont écartés l'un de l'autre. L'élément composite pré-formé 76 obtenu est manipulable, car les feuilles poreuses 54, 56 forment une surface externe dudit élément composite pré-formé, confinant les résines fluides dans un espace fermé. [0073] Ledit élément composite pré-formé 76 peut ainsi être extrait de l'unité de pré- formage 70. La manipulation dudit élément composite pré-formé 76 est facilitée du fait que les fibres céramiques 32 ne pointent pas à l'extérieur des feuilles poreuses 54, 56. [0074] Dans une étape suivante du procédé de fabrication de la pièce d'équipement 10, l'élément composite pré-formé 76 est placé dans la cavité de moulage 86 de l'unité de moulage 80 de la figure 3. A ce stade, les première et deuxième résines, formées respectivement du premier 36 et du deuxième 40 polymères thermofusibles, sont encore au moins partiellement à l'état fluide. [0075] Eventuellement, les couches de parement 19, 20 sont également placées dans la cavité de moulage 86, de part et d'autre de l'élément composite pré-formé 76 selon la direction d'empilement. Les couches de parement 19, 20 sont par exemple enduites d'un liant tel qu'une colle. [0076] Le moule 82 et le contre-moule 84 sont ensuite rapprochés l'un de l'autre de sorte à comprimer ledit élément composite pré-formé 76 et les éventuelles couches de parement 19, 20. [0077] Durant la compression, la cavité de moulage 86 conforme ledit élément composite pré-formé 76 à la forme souhaitée de la pièce 10. La compression aide également les 9 couches de parement 19, 20 à adhérer audit élément. [0078] Selon un mode de réalisation, la température du moule 82 et du contre-moule 84 est contrôlée durant cette deuxième étape de compression pour rester proche de 15°C environ. En variante, le moule 82 et le contre-moule 84 sont laissés à température ambiante. [0079] Le moule 82 et le contre-moule 84 sont maintenus proches l'un de l'autre jusqu'à re- froidissement et durcissement des premier 36 et deuxième 40 polymères thermofusibles. Le moule 82 et le contre-moule 84 sont ensuite écartés l'un de l'autre, révélant la pièce 10 précédemment décrite. [0080] Dans ladite pièce d'équipement, les fibres céramiques 32 sont confinées dans la matrice 34 et dans les couches plastiques 24. Lesdites fibres céramiques 32 n'affleurent donc pas en surface des couches poreuses 26, ni des éventuelles couches de parement 19, 20. Le confort et la sécurité des utilisateurs de ladite pièce en sont ainsi améliorés. 10