FR2779988A1 - Procede et dispositif de moulage de produits composites thermoplastiques - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé de moulage de produits composites thermoplastiques, comprenant au moins les étapes suivantes :. on place la structure composite thermoplastique à mouler sur un moule support transportable,. on moule, à chaud et sous pression, la structure composite, portée par le moule support, dans une première zone,. et on consolide à froid et sous pression la structure composite moulée, portée par le moule support, dans une seconde zone distincte de la première zone. La présente invention concerne également un dispositif de mise en oeuvre du procédé.
Description
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PROCÉDÉ ET DISPOSITIF DE MOULAGE
DE PRODUITS COMPOSITES THERMOPLASTIQUES
La présente invention concerne une méthode de moulage de produits composites thermoplastiques. La présente invention concerne également un dispositif de mise en oeuvre de cette méthode. Par " composite thermoplastique " on entend par la suite " comprenant au moins deux matières différentes dont l'une au moins est une matière
thermoplastique ".
Une méthode courante de moulage d'articles composites thermoplastiques, en particulier de produits thermoplastiques incorporant des fibres de renfort, consiste à préchauffer des structures composites thermoplastiques par des rayonnements infrarouge et à emboutir lesdites structures (en provoquant généralement un fluage de la matière plastique) dans un moule refroidi. Les structures composites utilisées sont généralement des plaques obtenues par calandrage à partir d'associations de matière organique thermoplastique sous forme de films ou de poudre et de fibres de renfort sous forme de fils continus ou de fils coupés. Cette méthode de moulage est efficace et rapide lorsqu'il s'agit de faire des pièces à faible taux de renforts, c'est-à-dire à taux de renforts inférieur à 40 % en poids environ, mais nécessite des pressions de moulage élevées (par exemple de l'ordre de 150 à 300 bars pour faire fluer la matière), est relativement coûteuse (du fait, notamment, de l'emploi d'une presse ou d'un moule haute pression) et ne permet pas d'obtenir, de façon rentable, des pièces présentant des taux de renforts supérieurs ou égaux à 42 % en
poids.
La présente invention a pour but de fournir un procédé amélioré de moulage de produits composites thermoplastiques, en particulier un procédé ne présentant pas les inconvénients des procédés de moulage traditionnels tels que celui précédemment décrit, ce procédé étant, notamment, particulièrement rapide, même pour des pièces présentant des taux de renforts élevés, étant économique et permettant, le cas échéant, d'obtenir, de façon rentable, des pièces à fort taux de renforts
(renforts supérieurs à 40 % ou 42 % en poids environ).
Ce but est atteint grâce au procédé selon l'invention comprenant au moins les étapes suivantes: on place la structure composite thermoplastique à mouler sur un moule support transportable, * on moule, à chaud et sous pression, la structure composite, portée par le moule support, dans une première zone, ò et on consolide à froid et sous pression la structure composite moulée, portée par le moule support, dans une seconde zone distincte de la
i 5 première zone.
La présente invention concerne également un dispositif de mise en oeuvre du procédé, ce dispositif comprenant: ò au moins un moule support transportable, au moins un dispositif (ou organe) présentant une zone, appelée " première zone ", destinée au moulage à chaud et sous pression de la structure à mouler, au moins un dispositif (ou organe) présentant une zone, appelée " seconde zone ", destinée à la consolidation à froid et sous pression de la structure composite moulée, la seconde zone étant distincte de la
première zone.
L'opération de moulage dans la présente invention s'entend préférentiellement au sens strict comme une opération dans laquelle une structure est déformée au moins localement et prend une nouvelle forme
non plane.
Dans le procédé selon l'invention, la structure composite thermoplastique, positionnée sur le moule support, est placée dans une première zone o elle est chauffée et moulée sous l'action de la chaleur et de la pression. Lors de ce moulage à chaud, la structure composite prend la forme de l'empreinte du moule support, cette empreinte étant essentiellement (et de préférence exactement) celle de la forme moulée à obtenir. La structure composite moulée est alors transportée vers ou dans une seconde zone distincte, le transport se faisant notamment à l'aide du moule support, o elle est refroidie sous pression et ainsi consolidée ou figée, la forme précise définitive de la structure, telle que recherchée, étant
obtenue au plus tard lors de cette consolidation.
Les étapes de chauffage et de refroidissement du procédé se faisant dans des zones séparées, on évite des problèmes d'inertie thermique liés à des changements de température au sein d'une même zone. Le procédé selon l'invention permet donc de travailler à des cadences plus élevées et permet donc d'envisager la fabrication de pièces présentant des taux de renforts élevés. En outre, le moulage à chaud et la consolidation à froid peuvent se faire, pour une même série de produits, chacun dans une zone (ou un dispositif) pouvant être maintenue à une température approximativement constante (la température pouvant varier de quelques degrés lors de l'introduction de la structure à mouler), la pression et le temps de séjour dans chaque zone pouvant également être fixés. Ainsi, malgré l'augmentation relative du nombre des étapes de traitement (par rapport au procédé classique consistant à mouler, dans un moule froid, une pièce préchauffée), on obtient une diminution notable du temps de fabrication des pièces moulées, du fait d'un découpage des étapes permettant une optimisation des temps de séjour à chaque étape et le maintien de conditions de traitement (température, pression) fixes et précises à chaque étape. Le fait de pouvoir contrôler et fixer les conditions de température, de pression et de temps de séjour à chaque étape du procédé permet également d'obtenir des produits de qualité constante et optimisée. En outre, le fait de faire un moulage à chaud puis une consolidation à froid permet d'envisager la fabrication de pièces complexes et permet de travailler à plus basse pression, le moulage à chaud pouvant se faire à beaucoup plus basse pression qu'un moulage direct en moule froid, la pression dans la zone froide étant également faible puisqu'elle s'exerce sur une pièce présentant déjà essentiellement la forme désirée. Le procédé selon l'invention est donc particulièrement économique et permet d'utiliser des dispositifs (presses, moules) " basse pression " (par exemple en matériau(x) composite(s), préférentiellement chargé(s) avec un ou des métaux, ou en aluminium ou alliage à base d'aluminium), conçus par exemple pour des pressions inférieures à 20 bars, ces dispositifs étant réalisés en matériau(x) moins coûteux et étant plus économiques que les dispositifs haute pression (généralement en acier et conçus pour des pressions pouvant aller jusqu'à 150-300 bars) habituellement utilisés. Il est ainsi possible de faire des faibles séries de produits sans
investissements excessifs et à des cadences rapides.
La structure composite thermoplastique utilisée selon l'invention est formée d'au moins deux matières différentes, dont au moins une matière thermoplastique (en général et de préférence dont au moins une matière organique thermoplastique), ces matières présentant généralement des points de fusion différents. Ces deux matières peuvent être deux matières organiques thermoplastiques, mais il s'agit de préférence d'une matière organique thermoplastique (par exemple polypropylène, polyéthylène, polybutylène téréphtalate, poléthylène téréphtalate, polyamide, etc.) et d'une matière de renforcement de cette matière organique thermoplastique (par exemple verre, carbone, aramide, etc.). De préférence, la structure composite est constituée d'une ou éventuellement plusieurs matière(s) de renforcement (de préférence elle comprend du verre) et d'une ou
éventuellement plusieurs matière(s) organique(s) thermoplastique(s).
La matière ou les matières de renforcement (ou de plus haut point de fusion) se présentent généralement sous forme de fils ou de filaments (les filaments étant des fils de très faible diamètre, par exemple de l'ordre de 5 à 24 microns de diamètre dans le cas du verre, ces filaments étant obtenus par exemple par étirage de filets de matière fondue, comme dans le cas du verre, et étant généralement rassemblés en un ou plusieurs fils de diamètre plus élevé). Bien qu'il ne soit pas exclu dans la présente invention que la ou les matières organiques thermoplastiques se présentent sous d'autres formes, il est particulièrement avantageux dans le procédé selon l'invention que la ou les matières organiques thermoplastiques (ou de plus bas point de fusion dans le cas le plus général) se présentent également sous forme de fils ou de filaments; en particulier, il est avantageux que la structure composite se présente sous forme d'au moins une nappe de fils (c'est-à-dire d'au moins une nappe constituée essentiellement de fils), cette nappe comprenant des filaments ou fils de matière organique thermoplastique (ou de plus bas point de fusion) entremêlés et/ou intercalés avec des filaments ou fils d'une autre
matière au moins (de préférence une matière de renforcement).
En particulier, la nappe peut comprendre au moins des fils constitués de l'une des matières et au moins des fils constitués de l'autre 1 5 matière, ces fils étant de préférence étroitement mélangés dans la nappe (ces fils pouvant être par exemple disposés en alternance et/ou entrelacés), et/ou peut comprendre des fils mixtes obtenus préalablement à la réalisation de la nappe par la réunion et le bobinage simultané de fils ou de filaments de l'une des matières et de fils ou de filaments de l'autre matière, ces fils mixtes pouvant être mélangés dans la nappe avec des fils
de l'une des matières et/ou avec des fils de l'autre matiere.
Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, la nappe de fils (ou la structure composite) comprend au moins 50 % (de préférence au moins 80 % et de façon particulièrement préférée 100 %) en poids de fils mixtes. De préférence, ces fils mixtes sont des fils dits " co-mêlés " (ou " fils composites "), c'est-à-dire des fils composés de filaments de l'une des matières et de filaments de l'autre matière, les filaments étant mélangés au sein des fils (ce mode étant d'autant plus avantageux que le mélange est homogène), ces fils étant généralement obtenus par assemblage des filaments directement lors de leur fabrication (selon les procédés décrits par exemple dans les demandes
de brevets EP-A-0 590 695 et EP-A-0 616 055). De préférence, les fils co-
mêlés sont constitués de filaments de verre et de filaments de matière
organique thermoplastique intimement mélangés.
Les avantages dus à l'utilisation dans le procédé selon l'invention de structures présentant une matière organique thermoplastique ou une matière de plus bas point de fusion sous la forme de fils ou de filaments, à plus forte raison de structures comprenant des fils mixtes (en particulier une majorité de fils mixtes), et à encore plus forte raison de structures comprenant des fils co-mêlés (en particulier une majorité de fils co-mêlés), sont notamment que la fusion de la matière de plus bas point de fusion se fait plus rapidement, ce qui permet un gain de productivité, et que les
produits obtenus sont plus homogènes.
L'utilisation de nappe(s) comprenant des filaments ou fils de matière organique thermoplastique entremêlés et/ou intercalés avec des filaments ou fils d'une autre matière, en particulier de nappe(s) présentant une majorité de fils mixtes, et à plus forte raison de nappe(s) présentant une majorité de fils co-mêlés, permet également d'obtenir, dans certains cas (notamment lorsque la ou les nappes se présentent sous forme de tissu(s) de fils), des produits présentant des propriétés mécaniques améliorées du fait notamment de la distribution plus homogène des matières, en particulier de la distribution plus homogène des renforts dans le cas de produits comprenant des fibres de renfort. Le moulage des produits peut se faire plus rapidement et à plus faible pression, ces structures se
déformant également plus facilement pour épouser la forme des moules.
L'utilisation de telle(s) nappe(s) permet de réduire la température et/ou la pression et/ou le temps de séjour à chaque étape et permet également, du fait d'une telle rapidité et facilité de mise en oeuvre, de réaliser, de façon rentable, des produits composites présentant des taux de renfort plus élevés. La (les) nappe(s) utilisée(s) et/ou la structure réalisée peuvent notamment comprendre de 20 à 90 % en poids de matière de renforcement, et comprennent généralement entre 30 et 85 % en poids de matière de renforcement. Elles peuvent comprendre par exemple plus de % (ou plus de 42 %) de matière de renforcement, le taux de renforts au sein de la (des) nappe(s) et/ou de la structure étant dans la plupart des
cas inférieur à 80 % (voire à 75 %) en poids.
De préférence, la structure composite comprend au moins une nappe de fils formée à partir de fils continus (et non formée à partir de fils coupés préalablement à la formation de la nappe). Le cas échéant, cette nappe (ou la structure comprenant la nappe) peut avoir été rigidifiée par collage aux points d'intersection des fils, sous l'action par exemple de chaleur pendant la réalisation de la nappe ou de la structure (on parle alors de structure " thermofixée "), préalablement à son utilisation dans le procédé selon l'invention. En général, il n'est pas nécessaire de calandrer les structures composites avant leur utilisation dans le procédé selon l'invention, notamment lorsqu'il s'agit de tissus ou de structures poreuses, et en particulier lorsque ces tissus ou structures poreuses sont préchauffés par air chaud comme décrit ultérieurement, la suppression de
l'opération de calandrage étant économiquement avantageuse.
De façon avantageuse selon l'invention, la nappe de fils précitée se présente sous forme d'un réseau de fils entrecroisés. Bien qu'il ne soit pas exclu dans la présente invention que la nappe de fils se présente sous d'autres formes (par exemple sous forme d'un mat de fils continus, voire éventuellement sous forme d'un mat de fils coupés), il est particulièrement avantageux que la nappe se présente sous forme d'un tissu. Les mêmes fils ou ensembles de fils peuvent être utilisés pour former la chaîne et la trame du tissu ou réseau, ou la trame et la chaîne peuvent être constituées de fils différents ou d'associations différentes de fils. Ainsi, la nappe de fils peut se présenter par exemple sous forme d'un tissu dont la chaîne est constituée de fils co- mêlés matière organique/matière de renforcement et dont la trame est constituée de 80 à 100 % de fils de matière organique de même nature que celle des fils co-mélés. La nappe présente alors une direction préférentielle d'orientation des fils de renforcement (structure unidirectionnelle). Dans un cas avantageux de la présente invention, la nappe se présente sous forme d'un tissu
comprenant des fils co-mêlés en chaîne et en trame.
L'utilisation de tissu(s), en particulier de tissu(s) comprenant des fils composites (et à plus forte raison de tissu(s) constitués uniquement de fils composites), dans le procédé de l'invention, présente plusieurs avantages; en particulier, ce genre de structure se prête très bien au moulage selon l'invention et permet d'obtenir des produits composites présentant des propriétés mécaniques particulièrement bonnes (par exemple des propriétés de résistance à l'impact). De telles structures n'étant généralement pas aptes à fluer, elles permettent également de travailler à des pressions plus faibles. Dans ce cas, ces structures présentent
préférentiellement des dimensions et sont disposées dans le moule-
support de telle façon qu'elles dépassent de chaque côté de l'empreinte du moule d'une longueur suffisante pour obtenir après emboutissage les
pièces de longueur désirée.
La structure selon l'invention peut être constituée d'une nappe (ou d'une couche) de fils, mais est généralement constituée de plusieurs nappes de fils ou couches, ces nappes ou couches étant généralement superposées (au moins en partie) et pouvant éventuellement être liées entre elles (par exemple étant cousues ou collées entre elles). La structure comprend préférentiellement au moins une nappe de fils telle que précédemment décrite et peut être avantageusement composée uniquement de nappe(s) telle(s) que précédemment décrite(s). Par exemple, selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, la structure peut comprendre ou être composée d'un ou plusieurs tissus de fils mixtes ou mélangés. Selon un autre mode de réalisation également avantageux, la structure peut comprendre au moins un tissu de fils mixtes ou mélangés et au moins une nappe de fils coupés (ces fils coupés comprenant ou étant constitués de fils mixtes ou mélangés ou de fils de matière organique thermoplastique ou de la matière de plus bas point de fusion), ces fils coupés présentant une longueur comprise par exemple entre 10 et 60 mm
environ.
Dans le procédé selon l'invention, on peut utiliser des structures composites prédécoupées ou dévider les structures composites à partir notamment d'enroulements, une étape de découpage des structures aux dimensions désirées devant dans ce cas être prévue dans le procédé selon l'invention. La structure composite peut être préchauffée avant d'être positionnée sur le moule support et/ou le moule support peut être préchauffé avant positionnement de la structure composite. La température de préchauffage est choisie supérieure, de préférence légèrement supérieure (par exemple de 15 à 60 C supérieure, une température plus élevée n'étant pas nécessaire et pouvant entraîner des problèmes de manipulation) à la température de fusion de la matière de plus bas point de fusion. Différents moyens de chauffage peuvent être utilisés pour préchauffer la structure composite, tels que le chauffage par infrarouge, le chauffage par contact... De préférence cependant, la structure (notamment lorsqu'il s'agit d'un tissu ou de tout autre structure poreuse) est préchauffée par air chaud. Le moule support peut également être préchauffé préalablement par air chaud ou par infrarouge, le préchauffage du moule support se faisant généralement dans un dispositif distinct de celui utilisé, le cas échéant, pour préchauffer la structure composite. Dans le cas o l'on réalise des pièces complexes (c'est-à-dire des pièces présentant plusieurs reliefs et/ou des reliefs très anguleux ou complexes), la structure composite est préférentiellement préformée dans une presse avant d'être disposée sur la pièce support. Cette opération
permet une meilleure mise en forme ultérieure de ces pièces complexes.
Lors de cette opération, la structure est préférentiellement emboutie à faible pression de façon à obtenir une structure présentant déjà grossièrement la forme du produit moulé à obtenir. Dans le cas o l'on effectue l'opération de préchauffage préalablement citée, ladite opération peut être effectuée avant mise dans la presse de préformage ou peut être effectuée à l'intérieur de la presse de préformage après l'opération de
préformage (l'opération de préformage étant effectuée à froid dans ce cas).
Les pressions nécessaires pour le préformage étant faibles (on choisit généralement des pressions comprises entre 0,1 et 0,5 bars), on peut utiliser par exemple une presse basse pression économique. Cette presse comprend généralement une partie fixe présentant une empreinte approximativement à la forme de la pièce à mouler et un poinçon mobile, ce poinçon pouvant être constitué de plusieurs parties mobiles actionnables indépendamment les unes des autres et exerçant simultanément ou en plusieurs étapes des pressions à des endroits choisis de la structure composite (en particulier aux endroits devant
présenter les reliefs les plus complexes de la pièce composite).
De préférence, la structure composite est placée entre le moule support (ou coquille inférieure) et un contre-moule (ou coquille supérieure) associé au moule support. Généralement, chacune de ces pièces ou coquilles de part et d'autre de la structure composite est réalisée en un matériau conducteur, par exemple en métal (nickel, alliage cuivre/nickel, aluminium...) et présente de préférence une faible épaisseur (par exemple de l'ordre de quelques millimètres) pour assurer un bon transfert thermique lors des opérations de moulage en zone chaude et de consolidation en zone froide. Ces coquilles permettent également d'éviter des déformations et des pertes de chaleur trop importantes pendant le transfert d'une zone à une autre. L'empilement coquille(s)/structure composite peut éventuellement être réalisé dans la première zone ou peut être réalisé (cas le plus général) à l'extérieur de la première zone avant insertion dans cette zone. Les coquilles sont généralement aptes à être réutilisées de nombreuses fois de suite (généralement pendant toute la
durée de vie des autres pièces du dispositif.
Comme indiqué précédemment, l'opération de moulage selon l'invention est préférentiellement une véritable opération de moulage par
déformation de la structure et non, par exemple, une simple compression.
Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, le moulage s'effectue par emboutissage de la structure. Dans ce mode de réalisation, on peut utiliser, comme dispositif présentant une zone destinée au moulage à chaud et sous pression de la structure à mouler, au moins une presse ou un moule que l'on chauffe à la température nécessaire pour le moulage à chaud. De préférence, on utilise pour le moulage par emboutissage à chaud et sous pression, au moins un moule ou une presse de moulage par emboutissage présentant l'empreinte du produit à obtenir (on peut alors utiliser comme moule support et, le cas échéant, comme contre-moule associé au moule support, des pièces particulièrement fines et ne présentant pas nécessairement à l'origine l'empreinte exacte du produit moulé à obtenir), ce moule ou cette presse présentant généralement deux parties dont une partie supérieure (ou poinçon ou contre-moule), généralement mobile et une partie inférieure (en position
d'utilisation) généralement fixe portant l'empreinte de la pièce à mouler.
Avantageusement, il s'agit d'un moule ou d'une presse basse pression.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, on peut également réaliser le moulage, à chaud et sous pression, sous vide. Dans ce cas, la structure composite est par exemple placée entre le moule support présentant l'empreinte du produit à obtenir et le contre-moule associé (ce contre-moule étant en général flexible dans ce mode de réalisation), un joint hermétique, éventuellement en plusieurs pièces, est placé entre le moule et le contre moule, sur leur pourtour, et le vide est réalisé entre le moule et le contre-moule, le moule support et/ou le contre- moule étant
par exemple munis d'un dispositif de mise sous vide. L'assemblage moule-
support/structure composite/contre-moule sous pression est alors, par exemple, mis dans un tunnel présentant une zone chauffée à une température permettant le moulage à chaud (cette zone étant par exemple
chauffée par infrarouge, par air chaud, par induction...).
Par " moulage à chaud ", on entend que la structure composite est portée à une température supérieure à la température de fusion de la matière de plus bas point de fusion la constituant, cette température étant cependant inférieure à la température de dégradation de la matière de plus bas point de fusion. La température de dégradation désigne la température minimale à laquelle on observe une décomposition des molécules constituant la matière ou une altération indésirable de la matière telle qu'une inflammation de la matière ou une coloration indésirable de la matière (par exemple un jaunissement). Cette température de dégradation peut être évaluée de façon traditionnelle par thermogravimétrie et/ou en notant la température minimale à laquelle l'un des effets précédemment cités se produit. Dans le cas par exemple o la structure composite comprend une matière thermoplastique et des fibres de renfort, la température du moulage à chaud est normalement choisie de façon à fondre la matière thermoplastique et permettre un bon mouillage des fibres de renfort par ladite matière (à titre d'exemple, dans le cas o la matière thermoplastique est du polypropylène, la température du moulage à chaud est de l'ordre de -220 C, le point de fusion du polypropylène étant de l'ordre de 165 C, et dans le cas o la matière thermoplastique est du polybutylène
téréphtalate, la température du moulage à chaud est de l'ordre de 245-
290 C). Dans le cas o l'on opère un préchauffage préalable de la structure composite avant positionnement sur le moule support et dans la première zone, comme décrit précédemment, on note que la température du moulage à chaud est en règle générale supérieure à la température de préchauffage. La température de moulage à chaud est avantageusement maintenue constante pour une même série de produits, ceci permettant, comme indiqué auparavant, un gain de productivité. Le dispositif de moulage chaud, lorsqu'il s'agit d'une presse ou d'un moule, est chauffé par exemple par circulation d'un fluide (notamment de l'huile) chaud dans les deux différentes parties du dispositif, ou peut être chauffé par chauffage électrique, par induction... Lorsque la structure composite a été préchauffée, le temps de séjour de la structure composite dans la première zone peut être assez court, notamment de l'ordre de quelques minutes
(par exemple de 1 à 5 minutes).
Par " consolidation à froid ", on entend que la structure moulée est portée à une température inférieure au point de solidification ou de ramollissement ou, le cas échéant, de cristallisation de la matière de plus bas point de fusion, la température de la seconde zone pouvant être par exemple la température ambiante ou pouvant être inférieure à la température ambiante. Le dispositif de consolidation peut être refroidi, par exemple, par circulation d'un fluide froid tel que de l'eau. Tout comme la première zone, la seconde zone est avantageusement maintenue à
température constante (c'est-à-dire est " thermostatée ").
Dans le cas notamment o le moulage est effectué par emboutissage, on utilise préférentiellement, comme organe présentant une zone destinée à la consolidation à froid et sous pression de la structure composite moulée, au moins une presse ou un moule, en particulier une presse (ou moule) présentant l'empreinte du produit à obtenir, cette presse ou ce moule étant généralement similaire à la presse ou au moule utilisé pour le moulage à chaud, et étant par exemple en deux parties, comme le dispositif utilisé pour le moulage à chaud, ces deux parties étant
cependant refroidies, par exemple par circulation d'un fluide.
Dans le cas notamment o le moulage est effectué sous vide, on peut utiliser, comme organe présentant une zone destinée à la consolidation à froid et sous pression de la structure composite moulée, le même tunnel que celui précédemment mentionné pour le moulage à chaud, ou éventuellement un autre tunnel, ce tunnel présentant une zone froide permettant la consolidation à froid de la structure moulée (cette zone étant par exemple refroidie par air froid ventilé ou par circulation de fluide tel que de l'eau). Dans le cas du moulage sous vide, l'assemblagemoule-support/structure composite moulée/contre-moule sous vide est
alors passé dans la zone froide de ce tunnel.
Eventuellement, on peut avoir des organes de refroidissement supplémentaires, la pièce moulée pouvant être passée dans ou sur ces organes après solidification dans la seconde zone. On peut également prévoir, pour augmenter la productivité, plusieurs dispositifs présentant une zone permettant la consolidation de la structure moulée (le refroidissement étant généralement l'étape la plus longue), chaque pièce sortant du dispositif ou de la zone de moulage à chaud étant dirigée vers l'un ou l'autre des dispositifs de refroidissement sous pression sans nécessite d'attendre que l'opération de consolidation de la pièce
précédente soit terminée.
Comme indiqué précédemment, les pressions (terme incluant également au sens large les dépressions appliquées dans le cas du moulage sous vide) appliquées lors du moulage et de la consolidation peuvent être avantageusement basses et les dispositifs utilisés peuvent être des dispositifs basse pression. La pression (ou la dépression) appliquée dans la première zone est généralement de l'ordre de 1 à 20 bars. De la même façon, la pression (ou la dépression) appliquée dans la seconde zone est généralement de l'ordre de 1 à 20 bars. La mise sous pression (ou dépression) de la structure composite dans la seconde zone est importante car elle permet de maintenir la forme de la structure obtenue après passage dans la première zone et permet également
d'améliorer la qualité du composite obtenu.
Selon les modes de réalisation de l'invention, le dispositif présentant la première zone et le dispositif présentant la seconde zone peuvent être deux dispositifs distincts (par exemple deux presses ou moules) ou un seul et même dispositif présentant deux zones distinctes (par exemple un tunnel). Outre le moule support et les organes précédemment cités, on peut prévoir d'autres organes tels que des organes de découpage (ou
" d'ébavurage ") de la structure moulée à ses dimensions finales.
Le procédé selon l'invention peut être opéré manuellement mais est de préférence automatisé. Il permet d'obtenir des pièces de forme plus ou moins complexe et de dimensions plus ou moins importantes, l'utilisation des moules basse pression autorisant notamment la fabrication de pièces
de grande taille.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en
évidence dans la description suivante en référence aux dessins illustrant
deux modes de réalisation avantageux de la présente invention, ces modes
de réalisation étant illustratifs mais non limitatifs.
Les parties (a), (b), (c), (d), (e), (f), (g), (h) et (i) de la figure 1 représentent très schématiquement différentes étapes d'un procédé selon la présente invention. Dans ce procédé, des tissus prédécoupés (1, 2) et éventuellement thermofixés (ou des tissu(s) et nappe(s) de fils coupés), ces tissus comprenant des fils composites (et de préférence uniquement constitués desdits fils) constitués de filaments de verre et de filaments de matière organique thermoplastique (par exemple du polypropylène) intimement mélangés, sont empilés (partie (a) de la figure 1) de façon à former une structure composite (3), puis cette structure est placée entre des serre-flancs (4) (pinces permettant de tenir la structure tout en la laissant glisser sans former de plis au cours du préformage) avant d'être soumis éventuellement à un préchauffage par air chaud (symbolisé par des flèches verticales) à une température par exemple de l'ordre de 175 C (partie (b) de la figure 1) et pendant une durée par exemple de l'ordre de
0,5 à 2 minutes.
Si nécessaire (cas des pièces de forme complexe), la structure préchauffée est ensuite préformée (partie (c) de la figure 1) par emboutissage sous une pression de l'ordre de 1 bar dans une presse basse pression comprenant une partie fixe (5) présentant au moins grossièrement l'empreinte de la pièce à mouler et une partie mobile ou poinçon (6), éventuellement constituée de plusieurs éléments mobiles séparément. La structure peut également être préformée avant d'être préchauffée. La structure est ensuite positionnée entre deux coquilles (moule support 8 et contre-moule associé 7) en métal mince présentant l'empreinte de la pièce à mouler (parties (d) et (e) de la figure 1) puis l'ensemble (9) est placé dans un moule basse pression, chauffé à une température de l'ordre par exemple de 220 C, o il est soumis à une pression (ou embouti sous une pression) de l'ordre de 10 bars (partie (f) de la figure 1). Le moule chaud est constitué de deux parties (10, 11) traversées par des conduits (12) dans lesquels on fait circuler de l'huile chauffée. L'ensemble coquilles/structure est ensuite transféré à l'intérieur d'un moule froid (13, 14) identique au moule chaud à l'exception que le moule froid est refroidi par de l'eau circulant à travers ses conduits (15) et
est porté à une température de l'ordre de 20 C (partie (g) de la figure 1).
Après un temps de séjour de l'ordre de 1 à 5 minutes permettant à la structure moulée de se figer, l'ensemble coquilles/structure est retiré du moule froid, les coquilles sont enlevées et réutilisées pour un nouveau cycle de moulage (partie (h) de la figure 1) et la structure moulée (31 est collectée (partie (i) de la figure 1) après éventuellement une opération de
découpage des bords préalable (non représentée).
Les parties (a), (b), (c), (d), (e), (f), (g) et (h) de la figure 2 représentent très schématiquement différentes étapes d'un second mode de réalisation du procédé selon la présente invention. Les étapes représentées par les parties (a), (b), (c), (d) et (e) de la figure 2 sont similaires aux étapes représentées par les parties (a), (b), (c), (d) et (e) de la figure 1 1 5 précédemment décrite. Dans l'étape représentée par la partie (f) de la figure 2, un joint hermétique 16 est placé entre le moule 8 et le contre moule 7 à leur périphérie et le vide est fait par l'intermédiaire d'une ouverture 17 pratiquée par exemple dans le contre-moule 7. L'ensemble sous vide 18 est alors placé dans un tunnel 19 et passe successivement dans la première zone (partie A du tunnel) et dans la seconde zone (partie B) selon l'invention (partie (g) de la figure 2). La montée en température et le refroidissement peuvent se faire progressivement au fur et à mesure de la progression dans chacune des zones. Une fois la structure moulée consolidée, l'ensemble coquilles/structure est retiré du tunnel, les coquilles sont enlevées et réutilisées pour un nouveau cycle de moulage (partie (h) de la figure 2) et la structure moulée (3) est collectée après éventuellement une opération de découpage des bords préalable (non représentée). Les articles moulés pouvant être réalisés par le procédé selon l'invention sont par exemple des pièces de voiture telles des cassettes de portes, des planchers, des réceptacles de roues de secours, des bacs à batterie, etc.
Claims (17)
1. Procédé de moulage de produits composites thermoplastiques comprenant au moins les étapes suivantes: * on place la structure composite thermoplastique à mouler sur un moule support transportable, * on moule, à chaud et sous pression, la structure composite, portée par le moule support, dans une première zone, * et on consolide à froid et sous pression la structure composite moulée, portée par le moule support, dans une seconde zone distincte de la
première zone.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le
moulage se fait par emboutissage.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le
moulage se fait sous vide.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce
que le moulage se fait à basse pression.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce
que la température est maintenue constante dans chacun des moules
pour une même série de produits.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce
que la structure composite thermoplastique comprend au moins une
matière organique sous forme de fils ou de filaments.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce
que la structure composite thermoplastique comprend des filaments ou fils de matière organique thermoplastique entremêlés et/ou intercalés avec
des filaments ou fils d'une autre matière au moins.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce
que la structure composite thermoplastique comprend au moins 50 % de
fils co-mêlés.
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce
que la structure composite thermoplastique se présente sous forme de tissu(s).
10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce
que la structure composite thermoplastique comprend au moins un tissu
et comprend au moins une nappe de fils coupés.
11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce
que la structure composite est préchauffée avant d'être positionnée sur le
moule support.
12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 1 1, caractérisé en ce
que la structure composite est préformée avant d'être disposée sur le
moule support.
13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce
que la structure composite est placée entre le moule support et une
coquille supérieure.
14. Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce
qu'il comprend une étape de découpage de la structure composite à ses
dimensions finales.
15. Dispositif de moulage de produits composites thermoplastiques, comprenant: ò au moins un moule support transportable, au moins un organe présentant une zone, appelée première zone, destinée au moulage à chaud et sous pression de la structure à mouler, au moins un organe présentant une zone, appelée seconde zone, destinée à la consolidation à froid et sous pression de la structure
composite moulée, la seconde zone étant distincte de la première zone.
16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un organe de préchauffage et/ou un moule de préformage.
17. Dispositif selon l'une des revendications 15 ou 16, caractérisé
en ce que l'organe présentant la première zone et l'organe présentant la
seconde zone sont des dispositifs basse pression.
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