FR2900092A1 - Procede de fabrication d'un reservoir a carburant - Google Patents

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Philippe Martin
Stephane Leonard
Richard Lesschaeve
Pierre Francois Tardy
Barbara Mabed
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Plastic Omnium Advanced Innovation and Research SA
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Inergy Automotive Systems Research SA
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Abstract

Procédé pour fabriquer un réservoir à carburant en matière plastique muni d'au moins un accessoire relié à l'espace intérieur du réservoir via au moins un orifice (12) dans la paroi (10) du réservoir. Le procédé comprend les étapes consistant à fournir un film multicouche (16) comprenant au moins une couche barrière aux carburants; fournir un couvercle (14) destiné à couvrir l'orifice (12) dans la paroi (10) du réservoir; solidariser le couvercle (14) et le film multicouche (16), formant ainsi un ensemble couvercle/film (13) barrière aux carburants; couvrir l'orifice (12) dans la paroi (10) du réservoir avec l'ensemble couvercle/film (13); et attacher l'ensemble couvercle/film (13) au réservoir à carburant.

Description

1 Procédé de fabrication d'un réservoir à carburant La présente invention
concerne un procédé de fabrication d'un réservoir à carburant en matière plastique imperméable aux gaz et aux liquides. Les réservoirs à carburant en matière plastique utilisés dans l'industrie, en particulier dans l'industrie automobile pour équiper les véhicules, comportent généralement un ou plusieurs accessoires qui leur sont associés tels que des clapets d'aération et de mise à l'air, des pipettes de prélèvement, des capteurs divers et leurs connexions, les modules de jauge et de pompage. De tels accessoires sont généralement montés dans un orifice ménagé dans la paroi du réservoir à carburant.
Ces réservoirs à carburant doivent satisfaire à des normes d'étanchéité et de perméabilité de plus en plus draconiennes. Les limites d'émissions permises sont devenues tellement faibles que les pertes liées aux fuites et à la perméabilité des interfaces des accessoires avec le réservoir ont pris une proportion relative plus élevée dans les pertes totales du système réservoir + accessoires.
Ainsi notamment, les nouvelles normes en vigueur aux Etats-Unis imposent, pour les systèmes à carburant équipant les véhicules automobiles, des valeurs de pertes évaporatives de plus en plus faibles. A titre d'exemple, les pertes autorisées pour l'ensemble du véhicule lors d'un cycle diurne normalisé (CARB) sont passées de 2gr/jour (exigence LEVI valable depuis 1996) à 0.5gr/jour en 2004 (exigence dite LEVII). De plus, une partie du parc automobile doit répondre depuis 2003 aux normes dites PZEV (Partial Zero Emission Vehicle), limitant à 54mgr/jour les pertes du seul système à carburant. Il est connu, par la demande de brevet WO 01/21428, d'obturer des ouvertures de réservoir en matière plastique multicouche pratiquées pour introduire ou fixer un accessoire dans le réservoir au moyen d'une plaque de structure multicouche compatible avec celle du réservoir, que l'on soude sur la paroi externe de ce dernier. Dans ce document il est toutefois divulgué que les plaques utilisées sont de rigidité voisine de celle des parois du réservoir. Il en résulte que ces plaques ne peuvent être utilisées aisément lorsque la partie émergente d'un accessoire est trop volumineuse, ou que la surface émergente de l'accessoire est irrégulière.
- 2 - De plus, malgré le bossage que l'on peut réaliser au voisinage du bord de la plaque pour réduire localement l'épaisseur des couches de matière plastique constituant la plaque multicouche, le niveau des pertes de carburant par émission à l'endroit de la soudure de la plaque sur le réservoir reste encore souvent trop élevé et dépasse parfois encore les limites très basses imposées par les nouvelles normes environnementales, telles que par exemple les normes PZEV. La demande de brevet WO 03/035424 propose un procédé de fabrication d'un réservoir à carburant dans lequel un film souple de structure multicouche, comprenant au moins une couche barrière aux carburants, est posé par-dessus la plaque multicouche et est solidarisé avec le réservoir par une soudure sur la paroi extérieure de ce dernier sur toute la périphérie du film. Un tel procédé permet de fabriquer un réservoir dans lequel les émissions aux interfaces entre le réservoir et l'accessoire sont davantage réduites. Dans le cas où l'accessoire est totalement recouvert par le film, une très bonne imperméabilité compatible avec les normes PZEV est obtenue. La fabrication de réservoirs à carburant selon un tel procédé nécessite deux opérations de fixation: une première pour fixer la plaque et une seconde pour fixer le film. Un tel procédé peut être considéré, par certains, comme étant trop long et trop coûteux. En outre, il y a un risque de gonflement du film multicouche suite aux vapeurs de carburant passant un fil du temps à travers la plaque. Un tel gonflement peut entraîner la formation d'un grosse bulle qui, suite à un contact éventuel avec le châssis du véhicule et/ou des accessoires présents au voisinage du réservoir, peut mener à l'endommagement du film, par exemple par frottement, ce qui mène alors à la perte de l'imperméabilité conférée par le système. L'objet de la présente invention est dès lors de proposer un procédé de fabrication plus rapide ou moins coûteux d'un réservoir à carburant avec une très bonne imperméabilité, même à terme. Conformément à l'invention, cet objectif est atteint par un procédé pour fabriquer un réservoir à carburant en matière plastique muni d'au moins un accessoire relié à l'espace intérieur du réservoir via au moins un orifice dans la paroi du réservoir. Selon l'invention, le procédé comprend les étapes consistant à fournir un film multicouche comprenant au moins une couche barrière aux carburants; fournir un couvercle destiné à couvrir l'orifice dans la paroi du réservoir; solidariser le couvercle et le film multicouche, formant ainsi un ensemble couvercle/film; couvrir l'orifice dans la paroi du réservoir avec l'ensemble couvercle/film; et attacher l'ensemble couvercle/film au réservoir à carburant. La fabrication du réservoir à carburant est rendue plus simple et plus rapide par le fait que le couvercle attaché au réservoir à carburant est déjà muni du film multicouche barrière aux carburants. Les étapes de manipulation et de positionnement précis du film multicouche sur le couvercle ne sont par conséquent plus nécessaires. Ce procédé plus simple et plus rapide entraîne également une réduction des coûts de fabrication du réservoir à carburant. Un autre avantage du procédé selon l'invention est la meilleure solidarité entre le couvercle et le film multicouche. En effet, grâce à la solidarité entre le couvercle et le film multicouche, le gonflement du film évoqué précédemment et les risques qui y sont associés, peuvent être évités. Un autre avantage est que le procédé selon l'invention peut convenir à la fois pour fournir une solution répondant aux exigences LEVII ou PZEV. Ce point sera détaillé plus loin. Par réservoir à carburant, on entend désigner tout type de réservoir capable de stocker un carburant liquide et/ou gazeux dans des conditions de pression et température variées. Plus particulièrement visés sont les réservoirs du type de ceux que l'on rencontre dans les véhicules automobiles. Dans le vocable "véhicule automobile", on entend inclure aussi bien les voitures, les motocyclettes et les camions. Par matière plastique, on entend désigner toute matière comprenant au moins un polymère en résine de synthèse. Tous les types de matière plastique peuvent convenir. Des matières plastiques convenant bien appartiennent à la catégorie des matières thermoplastiques. Par matière thermoplastique, on désigne tout polymère thermoplastique, y compris les élastomères thermoplastiques, ainsi que leurs mélanges. On désigne par le terme "polymère" aussi bien les homopolymères que les copolymères (binaires ou ternaires notamment). Des exemples de tels copolymères sont, de manière non limitative: les copolymères à distribution aléatoire, les copolymères séquences, les copolymères à blocs et les copolymères greffés. Tout type de polymère ou de copolymère thermoplastique dont la température de fusion est inférieure à la température de décomposition conviennent. Les matières thermoplastiques de synthèse qui présentent une plage de fusion étalée sur au moins 10 degrés Celsius conviennent particulièrement
4 bien. Comme exemple de telles matières, on trouve celles qui présentent une polydispersion de leur masse moléculaire. En particulier, on peut utiliser des polyoléfines, des polyhalogénures de vinyle, des polyesters thermoplastiques, des polycétones, des polyamides et leurs copolymères. Un mélange de polymères ou de copolymères peut aussi être utilisé, de même qu'un mélange de matières polymériques avec des charges inorganiques, organiques et/ou naturelles comme, par exemple, mais non limitativement: le carbone, les charges minérales, l'argile, la montmorillonite, les sels et autres dérivés inorganiques, les fibres naturelles ou polymériques. Il est également possible d'utiliser des structures multicouches constituées de couches empilées et solidaires comprenant au moins un des polymères ou copolymères décrits supra. Les polyoléfines ont donné de bons résultats. Parmi les polyoléfines, le polyéthylène de haute densité (PEHD) est préféré.
L'invention s'adresse à un réservoir à carburant muni d'au moins un accessoire situé au moins en partie à l'extérieur du réservoir. Par accessoire, on entend désigner tout organe en général par lequel transite du liquide ou du gaz, ou qui est en contact avec du liquide ou du gaz et qui remplit une fonction particulière propre au dispositif à carburant dont fait partie le réservoir, en ce compris une fonction de transport de liquide et/ou de gaz entre deux autres organes. Des exemples de tels accessoires comprennent, non limitativement, les accessoires suivants: • un récipient contenant une composition chimique ou physique quelconque, notamment un canister d'absorption de vapeurs; • une jauge à liquide ou à gaz; • une connexion électrique aboutissant à une jauge à liquide ou à gaz; une pompe à liquide ou à gaz; • un clapet de sécurité assurant la fermeture contrôlée du réservoir dans certaines situations particulières; • une capacité vidangeable pour recueillir du liquide; • une connexion électrique d'alimentation du moteur d'une pompe à liquide ou à gaz; • une canalisation de liquide aboutissant à un dispositif d'alimentation d'un dispositif quelconque, notamment à un moteur; • un dispositif de séparation liquide-vapeur; -5 une connexion vers une tubulure de remplissage. Il est également possible d'utiliser une combinaison quelconque d'au moins deux accessoires, éventuellement en présence de plusieurs exemplaires d'un même accessoire.
L'accessoire peut être situé totalement à l'extérieur du réservoir. Un exemple est un module monté sur une paroi du réservoir et remplissant une fonction particulière impliquant la présence de carburant. L'accessoire peut aussi n'être situé qu'en partie hors du réservoir. Dans ce cas, il traverse la paroi de celui-ci et est muni d'une interface avec cette paroi qui assure une étanchéité relative aux gaz et aux liquides. L'accessoire est recouvert d'un dispositif de protection qui améliore l'imperméabilité de l'ensemble réservoir - accessoire. En d'autres termes, la présence du dispositif de protection permet de réduire significativement les pertes de carburant à l'interface de l'accessoire avec le réservoir. Ce dispositif de protection est un ensemble couvercle/film barrière aux carburants qui sera décrit plus en détails ci-après. Le film est de structure multicouche, c'est-à-dire une structure laminée résultant de préférence de l'empilement de plusieurs couches comprenant chacune une matière thermoplastique. Selon l'invention, le film multicouche comprend au moins une couche barrière aux carburants. Par couche barrière aux carburants, on entend une couche imperméable aux carburants gazeux et liquides. La couche barrière comprend généralement une résine barrière. Toute résine barrière connue peut être présente dans la couche barrière, pour autant qu'elle soit efficace vis-à-vis des carburants fluides susceptibles de se trouver en contact avec le réservoir et/ou l'accessoire, en particulier des hydrocarbures et qu'elle soit compatible avec la technique de fabrication de la structure du film multicouche. Parmi les résines possibles, on peut citer, de manière non limitative, les polyamides ou copolyamides et les copolymères statistiques d'éthylène et d'alcool vinylique (EVOH). La couche barrière aux carburants est de préférence une couche barrière à base de copolymère éthylène alcool vinylique (EVOH) et/ou, dans une moindre mesure de polyamide (PA). Un mélange de différentes résines barrières est aussi possible. De très bons résultats ont étés obtenus avec une couche barrière comprenant une résine barrière en copolymère statistique d'éthylène et d'alcool vinylique.
6 Le film multicouche peut avoir été obtenu par toute technique connue conduisant à ta fabrication d'une structure multicouche mince et souple. Une technique possible est la technique d'extrusion d'un film multicouche au travers d'une filière plate. Une autre technique possible est le moulage par compression d'une plaque multicouche. La solidarisation du couvercle et du film multicouche peut par exemple être réalisé par moulage du couvercle sur le film multicouche; par soudage du film multicouche sur le couvercle; par collage du film multicouche et du couvercle...
De préférence, l'étape consistant à solidariser le couvercle et le film multicouche est suivie par le stockage d'un ensemble couvercle/film barrière aux carburants ainsi fabriqué. Des ensembles couvercle/film étanches aux carburants peuvent ainsi être préfabriqués et utilisés lors de la fabrication du réservoir à carburant, quelle que soit la norme d'imperméabilité à respecter. L'utilisation d'ensembles préfabriqués accélère davantage le procédé de fabrication de réservoirs à carburant puisqu'il suffit de manipuler une seule pièce pour couvrir l'orifice dans la paroi du réservoir à carburant. Les ensembles couvercle/film étanches aux carburants peuvent également être préfabriqués à un autre endroit et transportés à l'endroit où le réservoir à carburant est fabriqué. Ainsi, il est possible de produire les ensembles couvercle/film étanches aux carburants en masse pour ainsi diminuer les coûts de fabrication. Le couvercle est de préférence un couvercle monomatière en polyéthylène de haute densité (PEHD). De préférence le couvercle est fabriqué à partir de la même matière plastique que le réservoir à carburant.
Selon un mode de réalisation, l'ensemble couvercle/film est un ensemble fermant complètement un orifice dans la paroi du réservoir. Selon un autre mode de réalisation, l'ensemble couvercle/film comprend un passage de fluide, le couvercle comprenant une première ouverture et le film multicouche comprenant une deuxième ouverture, la deuxième ouverture étant en alignement avec la première ouverture. Un tel ensemble couvercle/film permet la mise en place d'une canalisation à travers l'ensemble couvercle/film, la canalisation permettant une communication entre l'intérieur et l'extérieur du réservoir. Le film multicouche comprend avantageusement au moins une couche renfermant une polyoléfine.
Le couvercle peut être moulé sur le film multicouche par injection. Parmi le moulage par injection, on peut citer le surmoulage ou le in-mould
7 decoration . Ainsi, le couvercle est solidarisé au film multicouche lors de sa formation. Le film peut aussi être soudé ou collé sur le couvercle après sa formation, mais il s'agit là d'une variante moins avantageuse car impliquant une étape de fabrication supplémentaire.
La soudure miroir peut être utilisée pour souder le couvercle au réservoir à carburant. La soudure par ultrasons ou par vibration est également possible. Après solidarisation du couvercle au réservoir à carburant, le film peut également être soudé au réservoir par soudure (par miroir, ultrasons, infrarouge ou même laser).
Selon un mode de réalisation, le couvercle et le film multicouche sont en contact sur toute leur surface. Le couvercle PEHD et le film multicouche ont alors exactement les mêmes dimensions. Un tel couvercle barrière aux carburants peut être utilisé pour respecter la norme de perméabilité au niveau LEVII. Selon un autre mode de réalisation, le couvercle et le film multicouche ne sont en contact que sur une partie de la surface du film multicouche, celui-ci dépassant du couvercle sur toute sa périphérie. Dans cette variante, le diamètre du film multicouche est donc supérieur au diamètre du couvercle. Le film multicouche peut par exemple dépasser le diamètre du couvercle de 10 à 80 mm sur toute sa périphérie. Un tel ensemble couvercle/film barrière aux carburants permet de répondre à la norme de perméabilité au niveau PZEV, puisque le film recouvre en fait toute la zone de soudure du couvercle sur le réservoir. La dimension de la partie en dépassement du film multicouche peut par exemple dépendre de la forme du réservoir ou de l'imperméabilité désirée. La partie du film multicouche dépassant le couvercle peut être soudé à la surface externe du réservoir à carburant. Tous les types de soudure compatibles avec les matières plastiques à assembler conviennent à cet effet. De préférence, la soudure est une soudure laser, à infrarouge ou aux ultrasons. La soudure du film multicouche est de préférence localisée sur la totalité de la zone périphérique extérieure du film multicouche.
D'autres particularités et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description de quelques modes de réalisation avantageux présentés ci-dessous, à titre d'illustration, en se référant aux dessins annexés. Ceux-ci montrent: Fig.1: une vue schématique en coupe d'un ensemble couvercle/film barrière aux carburants monté sur un orifice d'un réservoir à carburant fabriqué selon 3.5 un mode de réalisation de l'invention; et
8 Fig.2: une vue schématique en coupe d'un ensemble couvercle/film barrière aux carburants monté sur un orifice d'un réservoir à carburant fabriqué selon un autre mode de réalisation de l'invention. Dans les figures, les mêmes signes de référence désignent des éléments identiques. Les figures 1 et 2 montrent une paroi 10 d'un réservoir à carburant dans laquelle est ménagé un orifice 12 pour le montage d'un accessoire (non représenté). Pour fermer l'orifice 12 après avoir monté l'accessoire, un ensemble couvercle/filin 13 est monté sur la paroi du réservoir à carburant de manière à couvrir l'orifice 12. Un tel ensemble couvercle/film 13 est formé par la solidarisation. d'un couvercle 14 sur un film multicouche 16 comprenant au moins une couche barrière aux carburants. Le couvercle 14 peut être moulé ou soudé sur le film multicouche 16. Le film multicouche 16 peut par exemple comprendre cinq couches, de 0,6 mm d'épaisseur totale comprenant une couche barrière en EVOH entre deux couches d'adhésif, le tout pris en sandwich entre deux couches en PEHD, la couche de PEHD posée sur la paroi 10 du réservoir étant chargée typiquement de 0,25 % en poids de noir de carbone. Dans le mode de réalisation selon la Fig.1, le couvercle 14 et le film multicouche 16 ont les mêmes dimensions. Un tel ensemble couvercle/film 13 est conçu pour respecter la norme de perméabilité au niveau LEVII. Dans le mode de réalisation selon la Fig.2, le film multicouche 16 est plus grand que le couvercle 14. En effet, sur toute la périphérie du couvercle 14, film multicouche 16 comprend une zone de dépassement 18 de par exemple 10 à 80 mm. Cette zone de dépassement 18 permet au film à entrer en contact direct avec la paroi 10 du réservoir à carburant. La zone de dépassement 18 peut alors être soudé sur la paroi 10 au moyen, par exemple, d'un balayage d'un rayonnement laser à diode utilisée en mode puisé (laser de type FAP, YAG). La zone de dépassement 18 est de préférence soudée sur toute sa périphérie. Un tel ensemble couvercle/film 13 est conçu pour respecter la norme de perméabilité au niveau PZEV.

Claims (11)

REVENDICATIONS
1. Procédé pour fabriquer un réservoir à carburant en matière plastique muni d'au moins un accessoire relié à l'espace intérieur du réservoir via au moins un orifice (12) dans la paroi (10) du réservoir, le procédé comprenant les étapes consistant à: • fournir un film multicouche (16) comprenant au moins une couche barrière aux carburants; • fournir un couvercle (14) destiné à couvrir l'orifice (12) dans la paroi (10) du réservoir; • solidariser le couvercle (14) et le film multicouche (16), formant ainsi un ensemble couvercle/film (13); • couvrir l'orifice (12) dans la paroi (10) du réservoir avec l'ensemble couvercle/film (13); et • attacher l'ensemble couvercle/film (13) au réservoir à carburant.
2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la solidarisation du couvercle (14) et du film multicouche (16) est réalisée par moulage du couvercle (14) sur le film multicouche (16); par soudage du film multicouche (16) sur le couvercle (14) ; ou par collage du film multicouche (16) et du couvercle (14).
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'étape consistant à solidariser le couvercle (14) et le film multicouche (16) est suivie par le stockage de l'ensemble couvercle/film (13) barrière aux carburants ainsi fabriqué.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le couvercle (14) est un couvercle monomatière en polyéthylène de haute densité (PEHD).
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'ensemble couvercle/film (13) comprend un passage de fluide, le couvercle (14) comprenant une première ouverture et le film multicouche (16)-10- comprenant une deuxième ouverture, la deuxième ouverture étant en alignement avec la première ouverture.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le film multicouche (16) est un film comprenant au moins une couche renfermant une polyoléfine.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la couche barrière aux carburants est une couche barrière à base de copolymère éthylène alcool vinylique (EVOH) et/ou de polyamide (PA).
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans 10 lequel l'étape consistant à attacher l'ensemble couvercle/film (13) au réservoir à carburant est réalisée par soudure miroir, aux ultrasons ou par vibration.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le couvercle (14) et le film multicouche (16) sont en contact sur toute leur surface. 15
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le couvercle (14) et le film multicouche (16) ne sont en contact que sur que sur une partie de la surface du film multicouche (16), celui-ci ayant une partie de dépassement (18) dépassant le couvercle (14) sur toute sa périphérie.
11. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la partie du 20 film multicouche (16) dépassant le couvercle (14) est soudée à la surface externe du réservoir à carburant par soudure laser, à infrarouge ou aux ultrasons.
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