FR2473679A1

FR2473679A1 - Composite bars having a low density foam core - in a reaction injection sheath for use as self-supporting automobile bumper with impact recovery

Info

Publication number: FR2473679A1
Application number: FR8000399A
Authority: FR
Inventors: Michel Basille
Original assignee: QUILLERY
Current assignee: QUILLERY
Priority date: 1980-01-09
Filing date: 1980-01-09
Publication date: 1981-07-17
Also published as: FR2473679B1

Abstract

A self-supporting bar with good recovery from impact damage is made as a hollow profile produced by reaction injection moulding (RIM) around a core of cellular material. For lightweight beams, joists, etc., but esp. for automobile bumpers with intrinsic recovery from a 4 km/h impact test. Easier to mould than a channel profile, esp. if internal bracing ribs are also then required. The neutral axis of the profile is central, resulting in less stress variation under torsion. The low cavity pressures (approx. 10 bar) of RIM allow relatively low density compressible cores to be used compared with those necessary for inclusion in conventional injection moulded sheaths using materials requiring injection at e.g. 1000 bars.

Description

La présente invention concerne les pièces de structure autoportantes et autorésistantes en matière synthétique, et plus particulièrement les pare-chocs de véhicule. L'invention concerne aussi un procédé pour fabriquer ces pièces. The present invention relates to self-supporting and self-resisting structural parts of synthetic material, and more particularly to vehicle bumpers. The invention also relates to a method for manufacturing these parts.

On connatt les avantages des matières synthétiques telles que le polyuréthane pour la fabrication des pare-chocs de véhicule : élasticité, légèreté. We know the advantages of synthetic materials such as polyurethane for the manufacture of vehicle bumpers: elasticity, lightness.

Les pare-chocs ont classiquement la forme d'un profilé en U. Pour augmenter la résistance du profilé, en particulier sa résistance à la torsion, il est nécessaire, dans le cas des matières synthétiques, de prévoir à l'intérieur du profilé des nervures de renforcement très importantes. Cela oblige à appliquer lors du moulage un agent de démoulage, ce qui représente une opération relativement longue qui allonge de façon notable le cycle de fabrication et augmente le coût de production. Bumpers conventionally have the shape of a U-shaped profile. To increase the resistance of the profile, in particular its resistance to torsion, it is necessary, in the case of synthetic materials, to provide inside the profile very large reinforcement ribs. This makes it necessary to apply a mold release agent during molding, which represents a relatively long operation which significantly lengthens the manufacturing cycle and increases the production cost.

Pour augmenter la résistance du profilé, on peut envisager de lui donner une section massive. Mais la quantité de matière nécessaire augmenterait dans des proportions inacceptables sur le plan du prix de revient, et l'augmentation de poids serait également très désavantageuse. To increase the resistance of the profile, we can consider giving it a massive section. But the quantity of material required would increase in unacceptable proportions from the point of view of cost price, and the increase in weight would also be very disadvantageous.

L'invention a pour but de procurer une pièce de structure, en particulier un pare-chocs en matière synthétique de résistance élevée à la torsion et à la flexion, dans des conditions très avantageuses sur le plan économique. The object of the invention is to provide a structural part, in particular a bumper made of synthetic material of high resistance to torsion and to bending, under very advantageous conditions from the economic point of view.

La pièce de structure selon l'invention est caractérisée par le fait qu'elle comprend un noyau en matière alvéolaire entièrement enfermé dans une enveloppe tubulaire autoportante d'épaisseur sensiblement constante en matière synthétique à moulage par réaction, appelée ci-après matière R I M (Reaction
Injection Moulding).The structural part according to the invention is characterized in that it comprises a core of cellular material entirely enclosed in a self-supporting tubular casing of substantially constant thickness of synthetic material with reaction molding, hereinafter called RIM material (Reaction
Injection Molding).

L'enveloppe, qui constitue la partie résistante de la pièce de structure, présente grâce à sa forme tubulaire fermée une résistance à la torsion et à la flexion beaucoup plus élevée qu'un profilé ouvert tel qu'un profilé en U, sans pratiquement nécessiter plus de matière. En outre, comme la présence de nervures devient inutile, le processus de moulage est grandement simplifié, l'application d'agents dedémoulage pouvant devenir superflue. The envelope, which constitutes the resistant part of the structural part, has, thanks to its closed tubular shape, a resistance to torsion and to bending much higher than an open profile such as a U profile, without practically requiring more material. In addition, since the presence of ribs becomes unnecessary, the molding process is greatly simplified, the application of release agents may become superfluous.

Le noyau en matière alvéolaire a pour fonction de permettre l'obtention d'une section tubulaire par moulage. Il est essentiel à cet égard que l'on utilise une matière R I M obtenue en introduisant dans le moule les produits de départ qui réagissent, la polymérisation et le moulage étant donc simultanés. The core of cellular material has the function of allowing a tubular section to be obtained by molding. It is essential in this regard that one uses a material R I M obtained by introducing into the mold the starting products which react, the polymerization and the molding being therefore simultaneous.

Dans le cas des matières RIM, en effet, le moulage s'effectue sous une pression relativement basse, par exemple d'environ 10 bars. Si la pression de moulage était, comme dans le cas de l'injection des thermoplastiques courants, de l'ordre de i 000 bars, le noyau serait fortement comprimé et déformé par la pression et il serait impossible d'obtenir la forme désirée pour le pare-chocs. In the case of RIM materials, in fact, the molding takes place under a relatively low pressure, for example around 10 bars. If the molding pressure were, as in the case of the injection of common thermoplastics, of the order of 1000 bars, the core would be strongly compressed and deformed by the pressure and it would be impossible to obtain the desired shape for the bumper.

Dans une variante de réalisation, le noyau est serré dans un tissu de fibres de verre et la matière synthétique RIM imprègne et entoure ce tiSSu de façon qu'il n'affleure pas à la surface. In an alternative embodiment, the core is clamped in a glass fiber fabric and the RIM synthetic material impregnates and surrounds this fabric so that it does not surface on the surface.

Une telle variante convient en particulier pour les pièces de structure telles que poutres, supports, longerons, devant présenter une résistance très élevée. Such a variant is particularly suitable for structural parts such as beams, supports, beams, which must have a very high resistance.

L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une pièce de structure autoportante et autorésistante en matière synthétique, caractérisé par le fait qu'on place dans un moule pour l'injection de matières synthétiques
RIM de section sensiblement constante un noyau en matière alvéolaire, la section et la disposition du noyau étant telles qu'un espace libre soit ménagé tout autour du noyau, ledit espace étant ainsi de forme tubulaire, des moyens étant prévus pour maintenir le noyau écarté du fond du moule, et on inec- te les composants de départ dans le moule, la matière formée par réaction de ces composants remplissant ledit espace libre et formant la partie extérieure autoportante et résistance de la pièce de structure.The invention also relates to a method of manufacturing a self-supporting and self-resisting structural part made of synthetic material, characterized in that a plastic injection mold is placed in a mold
RIM of substantially constant section a core of cellular material, the section and the arrangement of the core being such that a free space is provided all around the core, said space thus being of tubular shape, means being provided to keep the core separated from the bottom of the mold, and the starting components are injected into the mold, the material formed by reaction of these components filling said free space and forming the self-supporting external part and resistance of the structural part.

De façon appropriée, lesdits moyens de maintien du noyau comprennent des protubérances en pointe formées sur le noyau. Suitably, said core holding means comprise point protuberances formed on the core.

Lors de l'injection, les protubérances sont légèrement comprimées par la pression, ce qui suffit pour éviter que les pointes affleurent à la surface de la partie extérieure du pare-chocs.During injection, the protrusions are slightly compressed by pressure, which is enough to prevent the tips from being flush with the surface of the outer part of the bumper.

L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante, faite en référence aux dessins joints
Dans les dessins :
- la figure 1 illustre la fabrication d'un pare-chocs selon l'invention
- la figure 2 montre en section le pare-chocs obtenu
- les figures 3a et 3b sont des vues de détail correspondant aux zones cerclées des figures 1 et 2
-les figures 4 et 5 illustrent la fabrication d'uns pièce de structure avec un renforcement de fibres de verre.The invention will be clearly understood on reading the following description, made with reference to the accompanying drawings
In the drawings:
- Figure 1 illustrates the manufacture of a bumper according to the invention
- Figure 2 shows in section the bumper obtained
- Figures 3a and 3b are detailed views corresponding to the circled areas of Figures 1 and 2
FIGS. 4 and 5 illustrate the manufacture of a structural part with a reinforcement of glass fibers.

La figure 1 montre en coupe schématique un moule pour la fabrication d'un pare-chocs selon l'invention, comprenant une matrice I et un poinçon 2. I1 s'agit d'un moule adapté à l'obtention de pièces en matières synthétiques RIM (Reaction
Injection Moulding) et plus spécialement en polyuréthane de module élevé, en abrégé HMU (Haut module-Uréthanes).Figure 1 shows in schematic section a mold for the manufacture of a bumper according to the invention, comprising a matrix I and a punch 2. I1 is a mold suitable for obtaining parts in synthetic materials RIM (Reaction
Injection Molding) and more especially in high modulus polyurethane, abbreviated HMU (High modulus-Urethanes).

Les HMU présentent en mame temps qu'un module d'élasticité pouvant atteindre 700 MPa, la propriété remarquable de reprendre leur forme initiale après des impacts à 4 km/h, la trace de l'impact disparaissant totalement après quelques minutes ou dizaines de minutes. Les HMU conservent en outre ces propriétés dans une proportion tout à fait satisfaisante dans une plage de températures allant de -300C à 650C. Ils conviennent donc particulièrement pour la fabrication de pare-chocs. HMUs have at the same time a modulus of elasticity of up to 700 MPa, the remarkable property of resuming their initial shape after impacts at 4 km / h, the trace of the impact disappearing completely after a few minutes or tens of minutes . The HMUs also retain these properties in a completely satisfactory proportion in a temperature range from -300C to 650C. They are therefore particularly suitable for the manufacture of bumpers.

Les HMU sont formés par réaction d'un polyol et d'un isocyanate dans le moule, des seuils d'injection tels que 3 étant prévus à cet effet. HMUs are formed by the reaction of a polyol and an isocyanate in the mold, injection thresholds such as 3 being provided for this purpose.

On dispose à l'intérieur du moule un noyau 4 en matière alvéolaire constitué par un profilé plein dont la section est définie de manière qu'un espace libre tubulaire 5 d'épaisseur sensiblement constante puisse être ménagé entre le noyau 4 et les parois du moule. There is inside the mold a core 4 of cellular material constituted by a solid profile whose section is defined so that a tubular free space 5 of substantially constant thickness can be formed between the core 4 and the walls of the mold .

On note sur la figure 1 que le noyau 4 est muni sur ses faces de protubérances 6 se terminant en pointe. Ces protubérances maintiennent le noyau écarté du moule, en particulier du fond du moule, de la distance appropriée, et au cours du moulage, les pointes sont légèrement repoussées par la matière injectée, si bien qu'elles ne sont pas visibles à la surface extérieure de la pièce finie. Les figures 3a et 3b montrent à plus grande échelle la forme d'une protubérance 6 avant et après moulage. It is noted in FIG. 1 that the core 4 is provided on its faces with protuberances 6 ending in a point. These protrusions keep the core away from the mold, in particular from the bottom of the mold, by the appropriate distance, and during the molding, the tips are slightly repelled by the injected material, so that they are not visible on the outside surface. of the finished part. Figures 3a and 3b show on a larger scale the shape of a protrusion 6 before and after molding.

On pourrait aussi, pour supporter le noyau au cours du moulage, placer des petits plots sur certaines faces et en particulier sur le fond du moule. Le produit fini comporterait alors de petites ouvertures sur une face, ce qui n'est absolument pas gênant si la face en question estfltournée vers le véhicule et donc normalement invisible. One could also, to support the core during molding, place small studs on certain faces and in particular on the bottom of the mold. The finished product would then have small openings on one side, which is absolutely not a problem if the side in question is turned towards the vehicle and therefore normally invisible.

Le noyau 4 est constitué de préférence de polyuréthane alvéolaire, bien que d'autres matières alvéolaires soient aussi envisageables. Mais le polyuréthane alvéolaire présente des caractéristiques de compression intéressantes par rapport aux autres alvéolaires, ce qui lui permet de contribuer à l'absorption des chocs. The core 4 is preferably made of cellular polyurethane, although other cellular materials are also possible. However, alveolar polyurethane has interesting compression characteristics compared to other alveoli, which allows it to contribute to shock absorption.

Après le moulage, on obtient un pare-chocs dont la partie résistante 7 en HMU a une section tubulaire fermée rectangulaire dans l'exemple décrit, et qui de ce fait possède une résistance à la flexion et surtout une résistance à la torsion élevée1 très supérieure à celle d'un pare-chocs à profil en
U de même poids. L'épaisseur de cette partie tubulaire est faible, par exemple de 3 à 6 mm, ce qui est favorable sur le plan du déroulement de la réaction dans le moule et donc de l'homogénéité et de l'état de surface du produit obtenu. Cette faible épaisseur est bien entendu avantageuse aussi sur le plan de la consommation de matière et du poids. Au sujet du poids, la présence d'un noyau n'est pas gênante en pratique étant donné la très faible densité des alvéolaires.After molding, a bumper is obtained, the resistant part 7 of HMU of which has a closed rectangular tubular section in the example described, and which therefore has a very higher resistance to bending and above all a high resistance to torsion1 to that of a bumper profile in
U of the same weight. The thickness of this tubular part is small, for example from 3 to 6 mm, which is favorable in terms of the course of the reaction in the mold and therefore the uniformity and the surface condition of the product obtained. This small thickness is of course also advantageous in terms of material consumption and weight. Regarding the weight, the presence of a nucleus is not a problem in practice given the very low density of the alveoli.

Compte tenu de la résistance élevée d'un profil tubulaire, il est inutile de prévoir des nervures ou autres éléments de renforcement, et la surface extérieure peut être formée simplement de surfaces planes se raccordant selon des rayons, comme le montre la figure 2. Le processus de moulage est alors très simple, car dans ce cas on peut se dispenser d'appliquer un agent de démoulage et en tout cas même si l'application d'un tel agent apparaît nécessaire, elle est considéra blement simplifiée. Given the high resistance of a tubular profile, there is no need to provide ribs or other reinforcing elements, and the outer surface can be formed simply of planar surfaces joining together according to radii, as shown in Figure 2. The molding process is then very simple, because in this case one can dispense with applying a release agent and in any case even if the application of such an agent appears necessary, it is considerably simplified.

Le pare-chocs ainsi obtenu présente l'avantage que sa fibre neutre N - N se trouve dans un plan médian donc également éloignée des faces A et B, ce qui donne un taux de travail maximal dans ces deux faces. Dans un pare-chocs en U, la fibre neutre se trouve beaucoup plus près de la face extérieure soumise aux chocs, et celle-ci est sous-chargée afin que les ailes du U ne soient pas surchargées. The bumper thus obtained has the advantage that its neutral fiber N - N is in a median plane therefore also distant from the sides A and B, which gives a maximum working rate in these two sides. In a U-shaped bumper, the neutral fiber is much closer to the external face subjected to impact, and the latter is underloaded so that the wings of the U are not overloaded.

On a indiqué les polyuréthanes à module élevé comme exemple préféré de matière synthétique RIM à utiliser selon l'invention, mais cela n'est pas limitatif et d'autres matières RIM peuvent être prises en considération. Mais il est essentiel que la matière employée soit du type RIM, car la pression de moulage doit être faible pour ne pas comprimer le noyau 4 qui, étant en matière alvéolaire, présente une résistance à la compression extrêmement faible. High modulus polyurethanes have been indicated as a preferred example of the RIM synthetic material to be used according to the invention, but this is not limiting and other RIM materials may be considered. However, it is essential that the material used be of the RIM type, since the molding pressure must be low so as not to compress the core 4 which, being of cellular material, has an extremely low compressive strength.

On pourra ainsi utiliser des matières RIM renforcées par des fibres de verre, appelées matières RRIM, dont le module d'élasticité peut atteindre 4 000MPa. It will thus be possible to use RIM materials reinforced with glass fibers, called RRIM materials, the elastic modulus of which can reach 4,000 MPa.

La variante de réalisation illustrée par les figures 4 't 5 utilise un renforcement de fibres de verre, mais avec une matière RIM non renforcée. Dans cette variante, on enferme le noyau 14, avant le moulage, dans un tissu de verre 18 (!16. 4). The variant embodiment illustrated in FIGS. 4 't 5 uses a reinforcement of glass fibers, but with an unreinforced RIM material. In this variant, the core 14 is enclosed, before molding, in a glass cloth 18 (! 16. 4).

PLils tu procède au moulage par exemple avec un polyuréthane HMU. PLils you proceed to the molding for example with an HMU polyurethane.

L'épaisseur du tissu verre est inférieure à l'épaisseur finale de l'enveloppe/de polyuréthane, de sorte que le tissu de verre n'affleure pas à la surface de la pièce finie. Le tissu de verre 18 est à larges mailles, de sorte que les protubérances 16 servant à positionner le noyau dans le moule traversent le tissu 18.The thickness of the glass fabric is less than the final thickness of the envelope / polyurethane, so that the glass fabric does not come flush with the surface of the finished part. The glass fabric 18 is wide mesh, so that the protrusions 16 serving to position the core in the mold pass through the fabric 18.

Cette variante est avantageuse en ce que le renfort de fibres de verre est formé de fibres longues. Si les fibres de verre étaient incorporées à l'un des composants de départ de la matière synthétique, elles seraient sous forme de fibres courtes. This variant is advantageous in that the glass fiber reinforcement is formed from long fibers. If the glass fibers were incorporated into one of the starting components of the synthetic material, they would be in the form of short fibers.

Cette variante de réalisation conviendra plus particu lièrement pour les pièces de structure devant présenter une résistance très élevée, par exemple pour des pièces de véhicule telles que poutres-supports, longerons, etc. This variant embodiment will be more particularly suitable for structural parts which must have a very high resistance, for example for vehicle parts such as support beams, beams, etc.

Claims

1.- Structural piece comprising a self-supporting and self-resisting synthetic material profile, characterized in that it comprises a core of cellular material entirely enclosed in a self-supporting and self-resisting tubular envelope of substantially constant thickness of synthetic material with reaction molding or RIM material.

2.- Part according to claim 1, characterized in that the tubular casing is made of high modulus polyurethane (HMU).

3.- Part according to one of claims 1 and 2, characterized in that the core is made of cellular polyurethane.

4.- Piece according to one of claims 1 to 3, characterized in that the core is clamped in a glass fiber fabric and the RIM synthetic material impregnates and surrounds this fabric so that it does not surface at the surface.

5.- A method of manufacturing a self-supporting and self-resisting structure made of synthetic material, characterized in that a core of cellular material is placed in a mold for the injection of RIM synthetic materials, the cross section and the arrangement of the core being such that a free space of substantially constant thickness is formed all around the core, said space thus being of tubular shape, means being provided for keeping the core separated from the bottom of the mold, and the starting components are injected into the mold, the material formed by the reaction of these components filling said free space and forming the self-supporting and self-resisting external part of the part.

6.- Method according to claim 5, characterized in that said means for holding the core comprise point protuberances formed on the core.

7.- Method according to one of claims 5 and 6, characterized in that the core is clamped in a glass fiber fabric.