FR2946922A1 - Profile en materiau thermoplastique - Google Patents

Abstract

Un profilé d'étanchéité pour un véhicule automobile, comprenant une matrice en un matériau thermoplastique présentant un premier coefficient de dilatation thermique linéaire, une pluralité de fibres continues présentant un deuxième coefficient de dilatation thermique linéaire, liées à la matrice thermoplastique et s'étendant dans une direction longitudinale du profilé, dans lequel les fibres sont disposées de sorte que le coefficient de dilatation thermique linéaire du profilé soit sensiblement constant sur toute une section et la longueur du profilé, et que le coefficient de dilation thermique linéaire résultant soit celui de la pluralité de fibres continues.

Description

Profilé en matériau thermoplastique

L'invention concerne un profilé réalisé en un matériau thermoplastique. Un tel profilé peut notamment être utilisé dans l'industrie automobile, en particulier pour étanchéifier un véhicule. Parmi les applications possibles, on peut ainsi citer les lécheurs de vitre, les coulisses de vitre, les joints d'étanchéité d'ouvrant avec une armature thermoplastique en forme de U, les joints de double étanchéité, les enjoliveurs de toit, ou autres. Les matériaux thermoplastiques, comme par exemple les polymères de type polyoléfiniques, présentent entre autres l'avantage d'être plus légers que les métaux, permettant ainsi de limiter la consommation en carburant du véhicule. En outre, pour certains joints d'étanchéité comportant des pièces non métalliques, par exemple un enrobage en thermoplastique élastomère mou, ou caoutchouc synthétique avec ou non une partie tubulaire à effet insonorisant, il serait préférable pour des raisons de recyclabilité, d'éviter de lier pièces métalliques et pièces non métalliques. Ainsi, plutôt que des pièces métalliques de type armature pour un joint d'étanchéité d'ouvrant, on peut prévoir d'utiliser des pièces réalisées en un matériau thermoplastique. Néanmoins, les matériaux thermoplastiques ont des coefficients de dilatation linéaire thermique ou CLTE (de l'anglais Coefficient of Linear Thermal Expansion ) relativement élevés. Par exemple, un polypropylène relativement pur, sans charges renforçantes, présente un CLTE d'environ 10 x 10-5 mm/mm/°C. A titre de comparaison, les CLTE de l'aluminium et de l'acier sont aux alentour de respectivement 2 x 10-5 mm/mm/°C et 1,2 x 10-5 mm/mm/°C. Aussi, un profilé en matériau thermoplastique soumis à des variations de température relativement importantes a une dilatation linéaire relativement importante. Par exemple, un profilé avec une armature en polypropylène d'une longueur de un mètre et soumis à une variation de température de 30°C voit sa longueur modifiée de 3 millimètres environ.

Or, les cahiers des charges des véhicules automobiles prévoient des plages de températures entre -40°C et +85°C. Les véhicules sont donc conçus avec des jeux fonctionnels relativement importants de façon à ce que le profilé puisse se dilater sans exercer de pression trop élevée sur d'autres pièces du véhicule ou sur lui-même. Egalement, et en particulier dans le cas de lécheurs, il est préférable d'éviter de fixer le profilé par ses extrémités de manière permanente, par exemple par des vis, car l'expansion ou le retrait linéaire du profilé peut au fil du temps entraîner le délogement voire la rupture du profilé ou de ses éléments constitutifs. De manière plus générale, les effets de la dilatation thermique imposent un certain nombre de contraintes aux concepteurs du dispositif auquel un profilé est destiné. En particulier il peut être nécessaire de prévoir des jeux relativement importants afin d'éviter des interférences entre les différentes pièces de ce dispositif. Il existe donc un besoin pour une plus grande liberté de conception de ce dispositif. Il est proposé un profilé d'étanchéité pour un véhicule automobile, comprenant une matrice en un matériau thermoplastique présentant un premier CLTE, une pluralité de fibres continues présentant un deuxième CLTE, liées à la matrice thermoplastique et s'étendant dans une direction longitudinale du profilé, les fibres étant disposées de sorte que le CLTE du profilé soit sensiblement constant sur toute une section du profilé.

En choisissant des fibres avec un CLTE relativement faible, par exemple des fibres de verre, on obtient du fait de la liaison avec la matrice thermoplastique un profilé dont la dilatation ou le retrait en cas de variation de température est relativement limité, ce qui permet ainsi d'éviter les contraintes de conception liées à ces variations de dimension du profilé. Un tel profilé composite permet ainsi d'offrir aux concepteurs de véhicules automobiles une plus grande liberté de conception. En particulier, les concepteurs peuvent réduire les jeux fonctionnels, permettant d'améliorer les propriétés aéro-acoustiques du véhicule, ainsi que le style du véhicule. Les fibres peuvent en outre permettre d'améliorer les propriétés mécaniques du profilé, en particulier d'augmenter la rigidité du profilé.

En effet, l'acier présente un module de Young de sensiblement 200000 MPa, l'aluminium de sensiblement 70000MPa, tandis que le module de Young des matériaux thermoplastiques chargés dépasse rarement 6000 MPa. Les armatures en acier sont donc bien plus résistantes à la traction que les armatures en thermoplastique. En outre, les matériaux thermoplastiques étant en général sensibles à la chaleur, le module de Young peut chuter de par exemple 50% de sa valeur à 25°C lorsque la température atteint 85°C. L'incorporation de fibres peut ainsi permettre de pallier, au moins en partie aux inconvénients dus à ce relativement faible module de Young des matériaux thermoplastiques. Les fibres peuvent par exemple comprendre des fibres de verre. Les fibres de verre peuvent avoir un module de Young de l'ordre de 70000 MPa, et peuvent ainsi renforcer mécaniquement le profilé.

Le CLTE de fibres de verre est d'environ 0,9 x 10-5 mm/mm/°C, ce qui permet donc d'obtenir un profilé dont le CLTE est relativement proche de cette valeur. Alternativement, les fibres peuvent comprendre des fibres de carbone, des fibres d'aramide, en particulier des fibres de Kevlar (marque enregistrée), et/ou d'autres types de fibres, en particulier des fibres renforçantes. Les fibres étant non-métalliques, le profilé est relativement léger et peut être recyclé relativement facilement. Le matériau thermoplastique de la matrice peut par exemple comprendre un polymère de type polyoléfinique, comme par exemple un polyéthylène, un polypropylène, un copolymère, chargé ou non, ou un alliage de ces matériaux. Le matériau thermoplastique de la matrice peut par exemple comprendre un alliage d'un (ou plusieurs) polyoléfine(s) avec un (ou plusieurs) caoutchouc(s) synthétique(s). Parmi les caoutchoucs synthétiques, on peut citer les matériaux de type EPDM (Éthylène Propylène Diène Monomère), les EPR (de l'anglais Ethylene Propylene Rubber ) chargé ou non (par exemple des TPO, de l'anglais Thermoplastic Elastomer Polyolefin ).

Le matériau thermoplastique de la matrice peut par exemple comprendre un polymère de type styrénique, tel qu'un alliage de type SBS (de l'anglais Styrene-butadiene-styrene ), SEBS (de l'anglais styrene-ethylene-butylene-styrene ) ou un alliage de polymère(s) styrénique(s) et de polymère(s) polyoléfinique(s). Le matériau thermoplastique de la matrice peut par exemple comprendre un polymère de type polyamide ou alliage de polyamide(s) et de polyoléfine(s) chargé(s) ou non. Parmi les charges renforçantes envisageables, on peut citer le talc, le carbonate de calcium, le verre, etc. On comprendra que l'invention n'est limitée par la nature du matériau thermoplastique de la matrice que dans la mesure où ce matériau convient pour l'application souhaitée. Par profilé d'étanchéité pour un véhicule automobile , on entend une pièce d'un joint d'étanchéité d'un véhicule automobile, par exemple le joint lui-même, ou bien encore une pince en U formant un joint lorsque prise en combinaison avec un enrobage mou, ou une autre pièce. Comme expliqué ci-dessus, il est préférable de disposer les fibres de sorte que le CLTE du profilé soit sensiblement constant sur toute la section du profilé afin d'éviter de créer un galbe en cas de variation de température. En particulier, un profilé avec une seule fibre et soumis à une variation de température pourrait se déformer de façon galbée. On pourra par exemple disposer une dizaine de fibres avec une répartition relativement régulière sur la section du profilé. Avantageusement, les fibres sont disposées de sorte que, pour une section quelconque du profilé, le CLTE du profilé soit sensiblement constant sur toute cette section du profilé. L'invention n'est en rien limitée à cette caractéristique : on pourrait par exemple prévoir que les fibres soient disposées de sorte que le CLTE du profilé soit sensiblement constant plusieurs tronçons du profilé, et ainsi tolérer des tronçons de profilé avec un CLTE non constant sur la section, dans la mesure où les déformations subséquentes sont tolérables pour l'application souhaitée. Avantageusement, les fibres sont disposées de sorte que le CLTE du profilé soit sensiblement constant sur toute la longueur du profilé, afin d'éviter d'avoir un tronçon du profilé susceptible de se dilater ou de se rétracter différemment du reste du profilé, permettant ainsi un meilleur contrôle des effets de la dilation thermique.

Par fibres continues , on entend des fibres d'une certaine longueur, par exemple de longueur supérieure à la largeur du profilé. En particulier, on pourra avantageusement choisir des fibres continues d'un bout à l'autre du profilé, ce qui permet entres autres de fabriquer le profilé de façon relativement simple. L'invention n'est bien entendu pas limitée à cette caractéristique : par exemple, si la densité de fibres est suffisamment élevée, on peut prévoir que les fibres ne soient pas continues d'un bout à l'autre du profilé, pourvu que pour une section quelconque du profilé, les fibres présentes sur cette section soient réparties de sorte que le CLTE du profilé soit sensiblement constant sur toute cette section. Avantageusement et de façon non limitative, les fibres sont regroupées entre elles, permettant ainsi d'éviter tout problème de positionnement des fibres les unes par rapport aux autres lors de la fabrication du profilé. Avantageusement et de façon non limitative, les fibres peuvent être regroupées en une bande mince, permettant ainsi d'obtenir un CLTE constant sur toute une section avec relativement peu de fibres.

En outre, cette bande mince peut éventuellement être contrainte à chaud, permettant ainsi de s'adapter à des formes variées de profilés, par exemple en forme de U, de V, ou autre. On peut prévoir une ou plusieurs bandes minces. Par bande mince on entend une bande dont l'épaisseur correspond à un petit nombre de fibres, par exemple une seule fibre, ou bien encore deux ou trois fibres. En particulier, la bande mince peut avoir une épaisseur entre 0.1 et 0.5 millimètres, avantageusement entre 0.2 et 0.3 millimètres et avantageusement de 0.25 millimètres. Avantageusement et de façon non limitative, une matrice de maintien permet de maintenir les fibres solidaires les une des autres, de sorte que l'ensemble des fibres regroupées, par exemple la bande mince, soit aisé à manipuler lors de la fabrication du profilé. Les fibres sont ainsi noyées dans cette matrice de maintien, et sont ainsi maintenues en place les unes par rapport aux autres.

Cette matrice de maintien peut être réalisée en un agent de liaison chimiquement compatible avec le matériau thermoplastique de la matrice, par exemple un polymère de type oléfinique, styrénique, ou autre. On pourra par exemple utiliser du polypropylène, du polycarbonate, un alliage de polycarbonate et d'acrylobutadiène styrène, du polyoxyméthylène, du polybutylène téréphtalate, du polyéthylène téréphtalate, ou autre.

Afin de faciliter l'adhésion des fibres au matériau de la matrice de maintien, on peut en particulier prévoir une gaine d'adhésion autour de chaque fibre. La bande mince à base de fibres gainées peut par exemple avoir été obtenue par pultrusion, à partir de fibres et de résine synthétique en poudre. Le profilé peut être obtenu par extrusion, à partir de la bande mince de fibres et de matériau thermoplastique. Les fibres peuvent être noyées (directement ou indirectement, en particulier via une matrice de maintien) dans la matrice thermoplastique, permettant ainsi d'obtenir un CLTE constant sur toute une section avec relativement peu de fibres. L'invention n'est en rien limitée à cette caractéristique. On pourrait par exemple prévoir une bande mince de fibres liées par un seul côté de la bande à la matrice thermoplastique.

Le profilé peut comporter des ajourages, par exemple des ajourages transversaux. En particulier, des ajourages réguliers peuvent conférer une plus grande flexibilité au profilé, ce qui peut être intéressant pour des applications de type joint d'étanchéité d'ouvrant. Avantageusement, les ajourages sont de forme arrondie, afin d'améliorer la tenue à l'élongation du profilé. Un angle vif peut en effet servir d'amorce à la rupture. La forme, en particulier la largeur, et le nombre d'ajourages sont choisis selon l'environnement auquel le profilé est destiné. Alternativement, le profilé peut être exempt d'ajourages, de sorte que le profilé est relativement rigide, ce qui peut être intéressant pour des applications de type lécheur extérieur ou intérieur de vitre. Il est également proposé un joint d'étanchéité comprenant un profilé tel que décrit ci-dessus. Ce joint d'étanchéité peut être un joint d'étanchéité d'ouvrant, par exemple un joint d'étanchéité de porte de véhicule automobile, et comprendre alors un enrobage en un matériau thermoplastique mou autour du profilé, le profilé constituant alors une armature rigide en forme de U par exemple. L'incorporation de fibres continues dans l'armature thermoplastique peut permettre en particulier d'enrober cette armature de caoutchouc synthétique de type EPDM. En effet, lorsque l'enrobage en caoutchouc est co-extrudé sur la pince en thermoplastique, cette dernière est ramollie du fait de la température liée au procédé de vulcanisation du caoutchouc. Néanmoins, les fibres de verre restant en place malgré l'élévation de la température et le tirage de la ligne, les déformations de la pince restent in fine minimes. Le joint d'étanchéité peut alternativement être un lécheur intérieur de vitre, un lécheur extérieur de vitre, une coulisse de vitre classique, une coulisse de vitre à cadre caché, un joint de double étanchéité, un enjoliveur de toit, une baguette latérale pour automobile, un joint avec armature thermoplastique destiné à être placé sous le capot, un joint entre-portes, ou autre. Il est également proposé un procédé de fabrication d'un profilé d'étanchéité tel que décrit ci-dessus. En particulier, les fibres peuvent être co-extrudées avec le matériau thermoplastique.

L'invention est maintenant décrite en référence aux dessins. La figure 1 montre un lécheur extérieur comprenant un exemple de profilé d'étanchéité, selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 2 montre un lécheur intérieur comprenant un exemple de profilé d'étanchéité, selon un mode de réalisation de l'invention.

La figure 3 montre une coulisse comportant un exemple de profilé d'étanchéité, selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 4 montre un joint d'étanchéité d'ouvrant comprenant un profilé d'étanchéité selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 5 montre un profilé d'étanchéité selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 6 illustre un exemple de procédé de fabrication d'un profilé, selon un mode de réalisation de l'invention. En référence à la figure 1, un lécheur extérieur 1 comporte une bande mince 2 composée de fibres de verre, et noyée dans une matrice en matériau thermoplastique 3.

La bande mince 2 comporte un nombre relativement élevé de fibres de verre parallèles ou sensiblement parallèles entre elles (non visibles sur les figures). La matrice 3 peut être réalisée en polypropylène par exemple.

Le profilé peut comporter une lèvre interne 4 et trois lèvres externes 5, 6, 7, réalisées en thermoplastique élastomère vulcanisé (TPV). Les fibres de verre sont entourées d'une gaine (non représentée). La bande mince 2 comprend une matrice de maintien (non représentée) permettant à la fois de maintenir les fibres regroupées lors de la fabrication du profilé et de faciliter la liaison avec la matrice 3. La matrice de maintien est réalisée en un agent de liaison chimiquement compatible avec le matériau thermoplastique de la matrice 3, par exemple un polypropylène.

Comme on peut le voir sur la section représentée du profilé 1, les fibres de verre sont suffisamment nombreuses et leur répartition sur la section est suffisamment homogène pour limiter la dilatation de l'ensemble du profilé à sensiblement la dilatation des fibres de verre qui est de sensiblement 0.9 x 10-5 mm/mm/°C.

Ce profilé 1 possède ainsi un CLTE proche de celui du verre, c'est-à-dire que, sous l'effet d'une variation de température, ce profilé 1 s'étire ou se rétracte de sensiblement la même façon que le feraient les fibres de verre seules. Le nombre et de la répartition des fibres de verre en particulier permettent d'avoir un CLTE sensiblement constant sur toute la section du profilé 1, et donc de limiter le galbe du profilé 1 en cas de variation de température. L'association de fibres de verre 2 à la matrice thermoplastique 3 confère en outre une rigidité accrue au profilé 1.

En référence à la figure 2, un lécheur intérieur 51 comprend une bande mince 52 de fibres de verre, noyée dans une matrice thermoplastique 53. Comme on peut le voir, la bande mince a été pliée en une forme en double U relativement complexe. Le lécheur intérieur 51 comporte en outre des lèvres internes 54 dans la cavité formée à l'intérieur de l'un des deux U, une lèvre de léchage 56, et une butée d'amortissement (non référencée).

La figure 3 montre une coulisse 61 comprenant une partie en U ajourée 63 réalisée en un matériau thermoplastique renforcé par une bande mince 62 en fibres de verre. Ce profilé 61 comporte en outre deux lèvres de double étanchéité 66, des lèvres de léchage de coulisse de vitre 68, et des lèvres internes 64 dans la cavité définie par le U. La figure 4 montre un joint d'étanchéité d'ouvrant, par exemple un joint d'étanchéité de porte de véhicule automobile 21, comportant une armature rigide 20 en forme de U, et un enrobage 25 en thermoplastique élastomère mou.

L'armature rigide 20 est par exemple une pince destinée à coiffer et s'encastrer sur une partie saillante du cadre de la carrosserie correspondant à l'ouvrant, ou bien sur un moyen de fixation lié à ce cadre, dit cadre d'ouvrant. L'enrobage 25 est disposé de façon à faire saillie à partir d'une branche latérale ou de la base de la pince, en vue d'être comprimé entre l'ouvrant et le cadre correspondant. En particulier, le joint 21 peut comporter une partie tubulaire 26 en matériau plus mou que l'enrobage 25, afin d'insonoriser au moins partiellement l'intérieur de l'habitable.

L'enrobage 25 comporte en outre des lèvres internes 27 pour faciliter la préhension du cadre d'ouvrant. Cet enrobage 25 peut par exemple être réalisé en un polymère de type caoutchouc synthétique ou de type thermoplastique élastomère. Le tube 26 est conçu de façon à pouvoir se déformer du fait de la fermeture de l'ouvrant sur le cadre d'ouvrant. L'armature rigide 20 est réalisée en un matériau thermoplastique, par exemple un polymère de type polyoléfinique. On évite ainsi les problèmes de recyclabilité liés à la combinaison armature métallique- enrobage thermoplastique. Enfin, une armature en thermoplastique n'est pas susceptible de rouiller. Cette armature 20 comporte une bande fine 23 de fibres de verre et une matrice en polypropylène 24. Cette armature 20 peut être ajourée. La figure 5 montre de façon plus détaillée un exemple de pince 32 pour un joint d'étanchéité d'ouvrant. Cette pince 32 comporte une bande mince 33 en fibres de verre et une matrice thermoplastique 34.

Des ajourages 35 sont disposés à intervalles réguliers afin de conférer une flexibilité suffisante au profilé 32. En référence à la figure 6, une bande mince de fibres de verre, est déroulée dans un dérouleur lors d'une étape 40, puis préchauffée dans un tunnel à air chaud lors d'une étape 41. Une fois ramollie sous l'effet de la température, la bande mince est forcée, lors d'une étape 42, dans une filière de préformage. Cette étape conduit à contraindre la bande mince de façon à lui conférer une préforme proche de la forme du profilé désiré, par exemple une forme en U. Puis, lors d'une étape 43, la bande mince est co-extrudée via une extrudeuse avec un thermoplastique élastomère dans une filière de co-extrusion, permettant ainsi d'obtenir un profilé dans lequel les fibres de verre sont noyées dans une matrice thermoplastique.

Le profilé est alors refroidi dans un système de conformation à eau pour conserver la forme obtenue en sortie de la filière de coextrusion, lors d'une étape 44. Le profilé peut ainsi être fabriqué de façon relativement simple, en mettant en oeuvre des appareils bien connus de l'homme du métier, comme les filières par exemple. Dans cet exemple, le profilé passe lors d'une étape 45 dans une station de découpage afin de pratiquer des ajourages réguliers. Puis le profilé est co-extrudé avec un enrobage mou lors d'une étape 46, au moyen d'une filière de co-extrusion, avant d'être refroidi lors d'une étape 50 dans un refroidisseur à eau.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Profilé d'étanchéité (20) pour un véhicule automobile, comprenant une matrice (24) en un matériau thermoplastique présentant un premier coefficient de dilatation thermique linéaire, une pluralité de fibres continues (23) présentant un deuxième coefficient de dilatation thermique linéaire, liées à la matrice thermoplastique et s'étendant dans une direction longitudinale du profilé, dans lequel les fibres sont disposées de sorte que le coefficient de dilatation thermique linéaire du profilé soit sensiblement constant sur toute une section du profilé.
2. 2. Profilé (20) selon la revendication 1, dans lequel la pluralité de fibres (23) comprend des fibres de verre.
3. 3. Profilé (20) selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel les fibres sont regroupées en une bande mince (23).
4. 4. Profilé (20) selon la revendication 3, dans lequel la matrice (24) 20 en matériau thermoplastique est Co-extrudée sur la bande mince (23).
5. 5. Profilé (1) selon l'une des revendications 1 à 4, comprenant une matrice de maintien pour maintenir les fibres solidaires les unes des autres.
6. 6. Profilé (20) selon l'une des revendications 1 à 5, ledit profilé étant en forme de U.
7. 7. Profilé (32) selon l'une des revendications 1 à 6, comportant 30 des ajourages transversaux (35).
8. 8. Joint d'étanchéité (21) comprenant un profilé (20) selon l'une des revendications 1 à 7. 25
9. 9. Joint d'étanchéité (21) selon la revendication 8, comprenant en outre un enrobage (25) réalisé en un matériau thermoplastique élastomère mou ou en caoutchouc synthétique.
10. 10. Procédé de fabrication d'un profilé d'étanchéité selon l'une des revendications 1 à 7, comprenant une étape (43) de co-extrusion de la pluralité de fibres avec le matériau thermoplastique.