FR3014731A1 - Procede de fabrication d'une piece structurelle economique, notamment pour un vehicule automobile - Google Patents

Abstract

Le procédé de fabrication comporte la superposition d'un mat de fibres (12), présentant une épaisseur initiale, et d'au moins une couche de polymère (14), l'un sur l'autre et l'un parallèlement à l'autre. L'ensemble formé par la superposition du mat (12) et de la couche (14) est ensuite chauffé, à une température supérieure ou égale à la température de fusion du polymère formant ladite couche (14). L'ensemble formé par la superposition du mat (12) et de la couche (14) est ensuite pressé, suite à quoi cet ensemble forme une peau (10) présentant une épaisseur finale, ladite épaisseur finale de la peau (10) étant supérieure à 90% de ladite épaisseur initiale du mat (12).

Description

Procédé de fabrication d'une pièce structurelle économique, notamment pour un véhicule automobile La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce structurelle, notamment pour un véhicule automobile, à la fois économique et présentant de bonnes caractéristiques structurelles. Par exemple, la pièce structurelle forme un panneau de véhicule automobile, notamment une tablette arrière de masquage de coffre, un faux plancher d'habitacle ou de coffre, ou un sous-moteur.

Certaines caractéristiques d'une telle pièce structurelle sont généralement imposées par des cahiers des charges. En particulier, une telle pièce structurelle doit présenter une masse faible, de bonnes caractéristiques mécaniques, principalement un bon comportement en flexion et en fluage à température élevée (par exemple entre 85 et 120°C), et être propre à présenter des formes tridimensionnelles, par exemple présenter des formes concaves permettant l'inclusion de pièces complémentaires telles que des poignées, et/ou présenter des bords présentant des profils particuliers, notamment arrondis ou incurvés. Par ailleurs, une telle pièce structurelle doit rester économique, si bien que son procédé de fabrication doit être particulièrement simple et ne demander que peu d'investissements. En particulier, son procédé de fabrication ne devrait avantageusement comporter qu'une seule étape de pressage, également appelée thermoformage. Les pièces structurelles connues de l'état de la technique ne parviennent pas à répondre à toutes ces exigences. Par exemple, on connaît, d'après FR 2 971 198, un procédé de fabrication d'une pièce structurelle à base de fibres de bois et de résine thermodurcissable. Les caractéristiques structurelles d'une telle pièce sont généralement insuffisantes, à moins d'augmenter considérablement le pourcentage de résine dans cette pièce, ce qui augmenterait alors son coût. Par ailleurs, une telle pièce doit présenter une densité élevée pour être suffisamment performante, ce qui implique l'utilisation de presses puissantes et d'un procédé en plusieurs étapes, relativement onéreux. En particulier, une telle pièce, dite de type « sandwich », comporte des peaux et un écarteur intercalé entre les peaux. Les peaux sont préalablement comprimées séparément, puis assemblées ultérieurement par collage sur l'écarteur pour constituer la pièce sandwich. On connaît également des pièces structurelles formées à partir d'un matériau composite connu sous le nom de « Sommold », réalisé à base de fibres de verre courtes (entre 5 et 15 cm) et de fibres thermoplastiques. Ce matériau est notamment utilisé pour réaliser des peaux, destinées à être agencées de part et d'autre d'un écarteur. Ce matériau est réalisé sous la forme d'une nappe selon un procédé textile classique (cardage, nappage et aiguilletage), qui permet un mélange intime des fibres de verre et des fibres thermoplastiques, avant d'être thermoformé pour ainsi former une peau pour une pièce structurelle. La matrice du composite est alors formée par le polymère issu des fibres thermoplastiques. Un tel matériau est par nature très volumineux (présentant une épaisseur de l'ordre de 3 cm), du fait de l'orientation aléatoire et tridimensionnelle des fibres de verre, si bien qu'il est peu adapté pour la réalisation d'une pièce structurelle de type sandwich, comportant un écarteur disposé entre deux peaux de Sommold, en une seule étape de pressage. En effet, au cours de cette étape de pressage, si on cherche à comprimer fortement les peaux pour obtenir une densité optimale élevée (ce qui conduirait à des peaux présentant une épaisseur comprise entre 1 et 2 mm), la pression exercée devient trop élevée et provoque l'écrasement de l'écarteur, particulièrement lorsque l'écarteur est de nature alvéolaire, par exemple un nid d'abeille en carton. Cette difficulté à comprimer les peaux en Sommold est une conséquence de la nature très poreuse du Sommold, due aux multiples croisements que forment entre elles les fibres de verre mal orientées. Or, une densité élevée critique est nécessaire pour réaliser un véritable composite qui apportera les meilleures performances mécaniques, puisque la résine matrice, c'est-à-dire le polymère issu des fibres thermoplastiques après chauffage, doit pouvoir occuper tout l'espace entre les fibres de verre. Par ailleurs, lorsque l'écarteur présente des alvéoles (écarteur en nid d'abeilles), il peut survenir un phénomène dit de « festonnage », c'est-à-dire que les fibres des peaux de Sommold pénètrent entre les cloisons des alvéoles, du fait de leur faible longueur et de leur orientation en partie dans l'épaisseur de la nappe, empêchant une densification correcte. Il en résulte qu'une telle pièce structurelle, réalisée en une seule étape de pressage, ne peut présenter des peaux suffisamment densifiées (la densité maximale atteignable est de l'ordre de 1 alors que la densité théorique est de l'ordre de 1,5 à 1,9 selon le polymère employé). Par conséquent, une telle pièce structurelle ne présente pas les propriétés mécaniques souhaitées. Comme cela est décrit dans FR 2 971 198, afin de remédier à cet inconvénient, la seule solution connue est de fabriquer le panneau sandwich en deux étapes, à savoir une première étape de moulage des peaux dans une presse haute pression, permettant de densifier au mieux ces peaux, puis une deuxième étape d'assemblage de ces peaux sur les deux faces d'un écarteur par collage en exerçant une faible pression compatible avec la résistance de l'écarteur, ceci dans un deuxième moule.

Ces deux étapes distinctes impliquent des surcoûts significatifs, du fait de l'investissement dans deux moules séparés et du temps de cycle de réalisation du panneau. Par ailleurs il apparaît clairement que le fait que toutes les fibres ne soient pas correctement orientées dans le plan et possèdent une longueur relativement faible ne va pas dans le sens d'une optimisation des propriétés mécaniques des peaux, en particulier d'un module d'Young élevé dans les directions planes. C'est une raison supplémentaire des performances insuffisantes obtenues avec ce type de pièce structurelle basée sur des peaux en Sommold.

De plus le procédé textile de fabrication du Sommold ne permet pas la réalisation de mats de masse surfacique inférieure à 750 g/m2, si bien que les pièces structurelles comportant des peaux en Sommold présentent des masses surfaciques supérieures à 2500 g/m2. En effet le cardage des fibres de verre est délicat, et la production de grammages inférieurs à 750 g/m2 conduit à des mats trop irréguliers.

L'invention a notamment pour but de remédier aux inconvénients précités, en proposant un procédé de fabrication d'une pièce structurelle à base de peaux composites à matrice thermoplastique, présentant de bonnes caractéristiques mécaniques tout en restant économique. A cet effet, l'invention a notamment pour objet un procédé de fabrication d'une pièce structurelle, notamment de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte : - une étape de superposition d'un mat de fibres, présentant une épaisseur initiale, et d'au moins une couche de polymère, l'un sur l'autre et l'un parallèlement à l'autre, - une étape de chauffage de l'ensemble formé par la superposition du mat et de la couche, à une température supérieure ou égale à la température de fusion du polymère formant ladite couche, et - une étape de pressage dudit ensemble formé par la superposition du mat et de la couche, au terme de laquelle cet ensemble forme une peau présentant une épaisseur finale, ladite épaisseur finale de la peau étant supérieure à 90% de ladite épaisseur initiale du mat.

Lors de l'étape de chauffage, le polymère fond et se répand à travers les fibres du mat, formant ainsi de manière simple et efficace une peau composite. Il est à noter que ce procédé ne nécessite pas de compression forte de cette peau, puisque le mat de fibre de verre a déjà l'épaisseur requise pour la peau, ou du moins une épaisseur proche, le polymère étant intégré par capillarité dans le mat de fibres. Ainsi, il est possible d'utiliser des peaux chacune formée par un ensemble d'un tel mat et d'une telle couche de polymère, dans un procédé de fabrication d'une pièce structurelle comportant ces peaux et un écarteur, en une seule étape de pressage. Un procédé de fabrication selon l'invention peut comporter en outre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou selon toutes combinaisons techniquement envisageables. - Le mat est formé de fibres ou de filaments de verre. - Le mat est formé de fibres naturelles, notamment de fibres de lin. - La couche est formée d'un polymère choisi parmi : Polytéréphtalate d'éthylène (PET), polyamide, polypropylène, polyéthylène, Ethyle Vinyle Acétate (EVA), Polytéréphtalate de butylène (PBT), Acide polylactique (PLA), etc. - Les fibres du mat sont orientées parallèlement à un plan, de préférence parallèlement à une unique direction dudit plan. - La couche est formée par une nappe de fibres de polymère, notamment réalisée par cardage, nappage et aiguilletage. - La couche est formée par l'un choisi parmi les suivants : un film de polymère, une plaque de polymère, ou une couche de polymère pulvérulent. - Le polymère présente un indice de fluidité compris entre 30 et 60 g/lOmm, et/ou une viscosité intrinsèque comprise entre 0,6 et 0,8 dL/g. - Le procédé comporte, préalablement à l'étage de chauffage, une étape de solidarisation du mat et de la couche entre eux, par exemple par aiguilletage. - Le grammage de la couche est au moins égal au grammage du mat. - Le procédé, pour la fabrication d'une pièce structurelle comportant des première et seconde peaux et un écarteur interposé entre les peaux, comporte une étape d'empilement, dans un moule, de la première peau, formée d'un premier ensemble d'un premier mat de fibres et d'une première couche de polymère superposés, de l'écarteur, et de la seconde peau, formée par un second ensemble d'un second mat de fibres et d'une seconde couche de polymère superposés. - Le moule est régulé à basse température, notamment de l'ordre de 15°C, ou à la température de cristallisation du polymère, l'étape de chauffage à une température supérieure à la température de fusion du polymère étant réalisée préalablement par des moyens chauffants, notamment des plateaux chauffants. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux figures annexées, parmi lesquelles : - la figure 1 représente un mat de fibres et une couche de polymère, superposés au cours d'une étape de superposition d'un procédé de fabrication selon un exemple de mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 représente l'ensemble de la figure 1, formant une peau suite à une étape de chauffage du procédé ; - la figure 3 représente la fabrication d'une pièce structurelle comprenant deux peaux telles que celle représentée sur la figure 2, et un écarteur intercalé entre ces peaux. On a représenté, sur les figures 1 et 2, une peau 10 pour une pièce structurelle, notamment de véhicule automobile, au cours de deux étapes distinctes d'un procédé de fabrication d'une telle pièce structurelle. La pièce structurelle est par exemple une pièce structurante du véhicule automobile, par exemple un panneau, tel qu'une tablette arrière de masquage de coffre, un faux-plancher d'habitacle ou de coffre, ou un sous-moteur. La pièce structurelle est par exemple formé par une peau 10, un assemblage de plusieurs peaux 10, ou un ensemble de deux peaux 10 et d'un écarteur 20 intercalé entre ces deux peaux 10. Avantageusement, l'écarteur 20 est réalisé à base d'une structure alvéolaire ou en nid d'abeille. Ainsi, l'écarteur 20 présente une pluralité de parois sensiblement perpendiculaires à un plan moyen de la pièce structuelle, les parois délimitant des espaces centraux de contour fermé formant les alvéoles. Ainsi, chaque espace central ou alvéole débouche en regard de l'une respective des peaux. Par exemple, les alvéoles définissent des mailles polygonales, notamment hexagonales. La dimension transversale maximale des mailles polygonales, prise parallèlement à un plan moyen de la pièce, est supérieure à 5 mm, et est par exemple comprise entre 5 mm et 20 mm, notamment entre 8 mm et lOmm. En variante, les mailles sont ondulées. Dans ce cas, l'amplitude des ondulations est comprise entre 5 et 15mm et le pas (distance entre deux crêtes d'ondulation) est compris entre 5 et 20mm, avantageusement 8 et 16 mm L'écarteur 20 est avantageusement réalisé en un matériau léger, tel que du papier ou du carton. La masse surfacique de l'écarteur 20 est faible. Cette masse est notamment inférieure à 2000 g/m2, et est avantageusement comprise entre 50 g/m2 et 1500 g/m2. De préférence, cette masse surfacique est inférieure à 1500 g/m2 et est sensiblement comprise entre 400 g/m2 et 1200 g/m2. Ainsi, la pièce structurelle présente une légèreté adéquate, du fait de la faible densité de l'écarteur 20. L'écarteur 20 présente avantageusement une épaisseur supérieure à 2 mm, et par exemple comprise entre 2 mm et 100 mm, notamment entre 5 mm et 30 mm. La fabrication de la peau 10 comporte une étape de superposition d'un mat de fibres 12 et d'une couche de polymère 14, l'un sur l'autre et l'un parallèlement à l'autre. Cette étape de superposition est représentée sur la figure 1. Au cours de cette étape de superposition, le mat 12 et la couche 14 sont par exemple approvisionnés sous forme de rouleaux, puis découpés à un format souhaité, correspondant aux dimensions de la pièce structurelle à réaliser. Cette étape de superposition peut être réalisée à l'atelier de thermoformage de la pièce structurelle et à proximité d'un moule de thermoformage ou réalisée dans une étape antérieure dans un autre atelier de fabrication. Dans ce dernier cas, la superposition est suivie d'une consolidation destinée à solidariser le mat 12 et la couche 14. Le mat 12 est de préférence formé de fibres longues de verre 16 (20 à 50 cm) ou de filaments continus de verre. Ces fibres de verre 16 ou filaments sont orientées parallèlement à un plan, notamment parallèlement aux faces du mat 12. Ce type de mat 12 est généralement réalisé à partir de bobine ou de Stratifil (également appelée « Roving ») de filaments continus de verre, qui sont projetés sur un convoyeur en mouvement. Les filaments sont par exemple coupés pour obtenir des fibres, ou en variante laissés tels quels. Il est possible de réaliser un nappage isotrope, ou en variante avec une orientation préférentielle dans le plan. Du fait que les fibres ou filaments sont parfaitement orientés dans le plan du convoyeur et que l'on peut contrôler le croisement des fibres ou filaments les uns sur les autres, il est possible de réaliser des mats relativement denses mais néanmoins de très faible épaisseur. L'épaisseur du mat 12 préalablement à l'étape d'empilement est appelée par la suite « épaisseur initiale ». Les fibres ou filaments sont de manière optionnelle maintenus les uns par rapports aux autres par une résine en très faible pourcentage (1 à 5 (3/0). Un exemple de mat pouvant convenir à l'invention est proposée sous le nom commercial Unifilo® par la société Owens Corning. La masse et l'épaisseur du mat 12, ainsi que l'orientation des fibres ou filaments 16 (généralement exprimée par le rapport de la résistance dynamométrique entre la direction machine et la direction transversale, appelé rapport MD/CD) sont choisies en fonction de la destination de la pièce structurelle à fabriquer.

Par ailleurs, le polymère thermoplastique formant la couche 14 est avantageusement du PolyTéréphtalate d'Ethylène (PET). En effet, la température de transition vitreuse du PET est relativement élevée (de l'ordre de 80°C), ce qui garantit un bon comportement au fluage à température élevée. Toutefois, d'autres polymères sont envisageables, tels que d'autres polyesters (Polytéréphtalate de butylène (PBT), Acide polylactique (PLA), etc.), le polyamide ou, dans le cas où les performances structurelles souhaitées sont moindres, des polyoléfines tels que les polypropylènes ou les polyéthylènes, les EVA (Ethyle Vinyle Acétate), etc. ou encore un mélange de différents polymères. La couche 14 est de préférence une nappe de fibres, par exemple obtenue par des étapes classiques de cardage, de nappage et d'aiguilletage. On rappelle que le cardage consiste à réaliser un voile régulier, constant et résistant en parallélisant et individualisant les fibres. Le nappage consiste ensuite à superposer différents voile jusqu'à obtenir une nappe de grammage prédéterminé. Enfin, l'aiguilletage consiste à lier les voiles entre eux, en entrelaçant leurs fibres au moyen d'aiguilles. Avantageusement, la nappe 14 est densifiée par aiguilletage, afin de présenter une épaisseur réduite et être ainsi aisément manipulable. Une telle épaisseur réduite simplifie par ailleurs la fonte du polymère au cours de l'étape de chauffage qui sera décrite ultérieurement. En variante, plutôt que de se présenter sous forme d'une nappe textile aiguilletée, la couche 14 est formée par un film de polymère, une plaque de polymère ou une couche de polymère pulvérulent saupoudré sur le mat 12. Avantageusement, le polymère utilisé présente un indice de fluidité (MFI) compris entre 30 et 60 g/lOmm, et/ou une viscosité intrinsèque comprise entre 0,6 et 0,8 dL/g. De manière optionnelle, comme évoqué précédemment, l'étape de superposition du mat 12 et de la couche 14 peut consister en une étape de solidarisation du mat 12 et de la couche 14 entre eux, notamment dans un atelier différent de l'atelier de thermoformage où est réalisée la pièce structurelle. Lorsque la couche 14 est une nappe textile aiguilletée ou non-tissée, il est possible de solidariser le mat 12 et la nappe 14 par aiguilletage. A cet effet, le mat 12 est déroulé devant une dernière aiguilleteuse responsable de la formation de la nappe 14, passe dans cette aiguilleteuse en même temps que cette nappe 14, et subit un aiguilletage provoquant l'enchevêtrement des fibres de verre et des fibres thermoplastiques et donc l'assemblage des deux nappes 12, 14. Ainsi, l'ensemble formé par le mat 12 et la couche 14 peut être stocké sous forme d'un rouleau, prédécoupé au format souhaité et manipulé sans risque de désolidarisation.

De la même manière, lorsque que le polymère se présente sous forme pulvérulente, il peut être associé au mat 12 au cours d'une étape antérieure au formage proprement dit. Par exemple, le matériau pulvérulent peut être saupoudré sur le mat 12 en mouvement sur un convoyeur au moyen d'un distributeur adapté à sa granulométrie, puis chauffé jusqu'à la température de ramollissement du polymère (sans aller jusqu'à la température de fusion), par exemple par passage sous des lampes infra rouge. Le polymère forme alors une « croute » qui adhère à la surface de la nappe 12 sans la traverser, donc sans risque de pollution pour le convoyeur. Des machines doubles bandes de type Thermofix®, comprenant des zones de chauffe suivies de zones de refroidissement, sont par exemple utilisées pour réaliser cette association. D'une manière générale il est toujours possible, par des moyens appropriés et connus par l'homme de l'art, d'associer le mat 12 et la couche 14 quelle que soit sa nature, au cours d'une étape préalable aux opérations de thermoformage proprement dites. Dans tous les cas de pré-assemblage du mat 12 et de la couche 14, les opérations s'effectuant généralement à la continue et à vitesse élevée, l'impact économique reste très faible. Le procédé de fabrication comporte ensuite une étape d'empilement de différentes couches de la pièce structurelle sandwich, à savoir de peaux 10 et d'un écarteur 20, disponibles sous forme de plaques découpées au format souhaité. On constitue d'abord les peaux 10 par la superposition de différentes couches, l'assemblage étant réalisé à l'atelier de thermoformage ou préalablement. Chaque peau peut être constituée : d'un mat 12 et d'une couche 14, la couche 14 étant destinée à venir en contact de l'écarteur 20, de la couche 14 et du mat 12, le mat 12 étant destiné à venir en contact avec l'écarteur 20, ou - d'une première couche 14, du mat 12 et d'une deuxième couche 14. Le choix entre ces différentes possibilités est effectué selon que l'on souhaite privilégier l'adhésion sur l'écarteur en assurant la présence de polymère à l'interface écarteur / peau ou la densification de la peau elle-même, en tenant compte de la valeur du MFI du polymère utilisé. En effet un polymère dont le MFI sera compris dans la plage inférieure des MFI souhaités aura du mal à fluer jusqu'à l'écarteur si le mat 12 est interposé entre la couche 14 et l'écarteur 20. En revanche, la présence de la couche 14 au contact direct d'un plateau chaud accélérera la fusion du polymère et abaissera le temps de cycle. Ce deuxième type de construction sera donc à privilégier en cas de polymère de haut MFI.

L'assemblage des peaux 10 est réalisé différemment selon que l'on parte de la couche 14 et du mat 12 individuels ou de l'assemblage de mat 12 avec la couche 14 déjà réalisé. Par exemple, la peau 10 peut être réalisée en pliant la couche 14 et en venant y insérer le mat 12. Bien sûr en fonction de la construction souhaitée pour les peaux, les masses surfaciques du mat 12 et de la couche 14 sont adaptées pour assurer le bon pourcentage entre fibres de renfort et matrice. L'écarteur 20 est ensuite intercalé entre les peaux 10, la construction étant symétrique par rapport au plan médian de l'écarteur 20. Le procédé comporte ensuite une étape de chauffage, au cours de laquelle cet ensemble formé par l'écarteur 20 et les peaux 10 est disposé dans des moyens chauffants, notamment une unité de chauffage comprenant deux plateaux chauffants présentant chacun un revêtement anti adhésion, chaque plateau chauffant étant porté à une température au moins égale à la température de fusion du polymère constitutif des couches 14. Plus particulièrement, les peaux sont disposées de sorte que chaque couche 14 vient en contact d'un plateaux chauffant respectif. Des calories sont ainsi transmises à chaque couche 14, ce qui provoque la fusion du polymère qui imprègne partiellement le mat 12 correspondant. Il convient de noter que la pression exercée par les plateaux chauffants est minime et n'a pour but que d'aider au transfert des calories. Habituellement, à ce stade, chaque peau 10 présente une épaisseur légèrement supérieure à l'épaisseur initiale du mat 12, car le polymère n'a pas totalement flué dans l'épaisseur du mat. Alternativement, l'assemblage de l'écarteur et des peaux peut être réalisé directement dans l'unité de chauffage. Lorsque la totalité du polymère a fondu, on transfert l'ensemble dans un moule pour une étape de pressage, permettant le formage en tant que tel. Le moule peut être froid (régulé à une température de l'ordre de 15°C par ex) ou chaud (régulé à la température de cristallisation du polymère).

Le moule est refermé, comprimant légèrement les peaux 10 en formation jusqu'à l'épaisseur requise, dite « épaisseur finale », ce qui permet au polymère encore à une température supérieure à sa température de fusion de finir de fluer, de manière homogène, dans les mat 12. La peau 10 peut ainsi, sous l'effet d'une faible pression, épouser le relier intérieur du moule. Ceci est rendu possible par le MFI élevé (faible viscosité à l'état fondu) du polymère qui « compense » en quelque sorte le fait que le polymère ne soit pas présent au sein du mat comme dans le cas du Sommold qui est un mélange intime de fibres de verre et de polymère sous forme de fibres. Il est à noter que l'épaisseur finale de la peau 10 est supérieure à 90%, par exemple comprise entre 90 et 110%, de l'épaisseur initiale du mat 12. De préférence, l'épaisseur finale de la peau 10 est comprise entre 95 et 105% de l'épaisseur initiale du mat 12. Dans le cas d'un excès de polymère, celui-ci va venir en contact avec l'écarteur 20, assurant ainsi un collage optimal. Lorsqu'il s'agit d'un écarteur 20 alvéolaire, cet excès de polymère va non seulement mouiller la tranche des alvéoles en contact direct avec la peau, mais va également, par capillarité, mouiller les parois de l'alvéole sur une partie, voire la totalité, de leur épaisseur. Après refroidissement et ouverture du moule, la pièce structurelle ainsi formée est extraite. Il convient de noter que les étapes d'empilement et de chauffage des composants d'une pièce structurelle sont généralement effectuées pendant le temps de refroidissement de l'étape de formage proprement dit de la pièce structurelle précédemment réalisée, si bien que le temps de cycle est optimisé. De préférence, le grammage de la couche 14 est au moins égal au grammage du mat 12, afin d'assurer une quantité suffisante de polymère. Par exemple, la peau 10 comporte entre 30 et 50% de fibres 16 et entre 50 et 70% de polymère. Ainsi, une peau 10 ainsi réalisée présente une densité relativement importante, par exemple une densité de 1,5 dans le cas de l'utilisation du PET, ce qui est très proche de la densité théorique. Une telle peau 10 confère alors des caractéristiques mécaniques satisfaisantes à une pièce structurelle comprenant cette peau 10. En particulier, cette densité est suffisamment élevée pour que la peau 10 soit imperméable. Il est par ailleurs à noter que les fibres de verre 16 sont parfaitement enchâssées dans le polymère du fait de leur orientation plane, ce qui de plus supprime les problèmes d'agressivité des bords de la peau 10. En particulier, dans le cas d'un MFI élevé, c'est-à-dire une viscosité faible à l'état fondu, la mouillabilité des fibres de verre 16 est améliorée.

Une telle peau 10 peut être utilisée pour la fabrication d'une pièce structurelle, notamment de véhicule automobile. Il est à noter que la pression exercée dans le moule 22 est relativement faible, si bien qu'elle n'endommage pas l'écarteur. En effet, puisque le mat 12 présente initialement une épaisseur initiale égale ou proche de l'épaisseur finale requise pour la peau 10, la pression dans le moule n'a pour rôle que d'aider au fluage du polymère à l'intérieur du mat 12, facilité comme évoqué précédemment par sa faible viscosité, et d'assurer un bon contact entre les peaux et l'écarteur 20 pour permettre le collage des peaux 10 sur l'écarteur 20. En effet, le polymère reste très peu visqueux et pénètre dans le carton de l'écarteur, qui est un matériau poreux, par capillarité. Ainsi, dans ce cas, l'adhésion de l'écarteur 20 aux peaux 10 est assurée par le polymère, sans qu'il ne soit nécessaire d'ajouter un adhésif complémentaire. Dans le cas où le pourcentage en poids de polymère dans la peau 10 est supérieur à 70%, un excès de polymère peut par ailleurs mouiller totalement les alvéoles de l'écarteur 20, renforçant ainsi la structure composite et assurant l'imperméabilité totale de la pièce structurelle.

Il est à noter que le procédé selon l'invention n'entraîne pas de festonnage, car les filaments ou fibres longues de verre 16, qui sont parallèles aux faces de la peau 10, se retrouvent à cheval sur un grand nombre de parois d'alvéoles, et n'ont donc pas la possibilité de s'affaisser entre ces parois. En outre, le risque de festonnage est minimisé par la relativement faible pression appliquée dans le moule 22.

L'emploi des fibres longues ou de filaments parfaitement orientés dans le plan des peaux confère à ces peaux un module d'Young élevé, impliquant des performances mécaniques optimales. Ainsi, à performance égale, il devient possible d'alléger considérablement les pièces structurelles jusqu'alors réalisées à base de Sommold. Cet allègement compense largement le surcoût dû aux mats de type Unifilo® utilisés en remplacement des fibres de verre meilleur marché. Le fait de pouvoir utiliser un polymère sous différentes formes (fibres, non-tissé, film, plaque, matière pulvérulente ou mélange de ces différentes formes) permet d'élargir la gamme des polymères thermoplastiques possibles, et ainsi de choisir le polymère le plus en adéquation avec le cahier des charges, et permet également de faciliter l'emploi de matériaux recyclés. On décrira ci-dessous un exemple de réalisation d'une pièce structurelle selon l'invention. Conformément à cet exemple, le mat 12 est un mat Unifilo® de filaments continus de 450 g/m2. Il présente une épaisseur de l'ordre de 1 mm. Ce mat 12 est associé par aiguilletage à une nappe de fibres de PET réalisée de manière classique par cardage /nappage de 800 g/m2 qui constitue la couche 14. Les fibres constitutives de cette couche 14 ont une viscosité intrinsèque de 0,65 g/dl. La nappe constituée par l'assemblage du mat 12 et de la couche 14 est découpée aux dimensions de la pièce structurelle souhaitée, soit 1,4 m x 1,5m.

L'écarteur 20 est un nid d'abeille en carton d'une épaisseur de 1,8 cm, avec des alvéoles de 8 mm, de 1000g/m2.

On constitue l'empilement pour former le sandwich tel que préalablement décrit, les deux couches 14 d'aiguilletés de fibres de PET se retrouvant ici les plus éloignées de l'écarteur 20. On introduit cet ensemble dans l'unité de chauffage, les plateaux chauds étant portés à la température de 270°C, soit 15°C au dessus de la température de fusion du PET. Après environ 1 minute, temps nécessaire à une fusion complète de la couche 14, l'ensemble est introduit dans un moule régulé à 140°C (température de cristallisation du PET). A ce stade, les peaux 10 présentent chacune une épaisseur de l'ordre de 1,5 mm. Le moule est configuré de façon à ce que les peaux agencées de part et d'autre de l'écarteur aient une épaisseur de 1 mm. La presse associée au moule est une presse de faible puissance capable d'exercée une force de 20 tonnes seulement. Après 1 minute, temps nécessaire à une cristallisation suffisante du PET, le moule est ouvert et la pièce est extraite.

Les tests de fluage sous charge à 85°C montrent l'excellent comportement de la pièce. Une coupe de la pièce montre que l'intégrité des alvéoles a bien été préservée. On note la présence de polymère de part et d'autre de l'écarteur sur les parois des alvéoles sur près de 2 mm ce qui explique l'excellente adhérence des peaux sur l'écarteur. On constate que les peaux font bien 1 mm d'épaisseur. Leur densité est de 1,5. Ainsi, le procédé selon l'invention ne comporte pas les problèmes habituellement liés à un procédé en une étape de pressage. On notera que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit, ne pourrait présenter diverses variantes sans sortir du cadre des revendications.25

Claims (12)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'une pièce structurelle, notamment de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte : - une étape de superposition d'un mat de fibres (12), présentant une épaisseur initiale, et d'au moins une couche de polymère (14), l'un sur l'autre et l'un parallèlement à l'autre, - une étape de chauffage de l'ensemble formé par la superposition du mat (12) et de la couche (14), à une température supérieure ou égale à la température de fusion du polymère formant ladite couche (14), et - une étape de pressage dudit ensemble formé par la superposition du mat (12) et de la couche (14), au terme de laquelle cet ensemble forme une peau (10) présentant une épaisseur finale, ladite épaisseur finale de la peau (10) étant supérieure à 90% de ladite épaisseur initiale du mat (12).
2. 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel le mat (12) est formé de fibres ou de filaments de verre (16).
3. 3. Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel le mat (12) est formé de fibres naturelles, notamment de fibres de lin.
4. 4. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la couche (14) est formée d'un polymère choisi parmi : Polytéréphtalate d'éthylène (PET), polyamide, polypropylène, polyéthylène, Ethyle Vinyle Acétate (EVA), Polytéréphtalate de butylène (PBT), Acide polylactique (PLA)
5. 5. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les fibres (16) du mat (12) sont orientées parallèlement à un plan, de préférence parallèlement à une unique direction dudit plan.
6. 6. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la couche (14) est formée par une nappe de fibres de polymère, notamment réalisée par cardage, nappage et aiguilletage.
7. 7. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la couche (14) est formée par l'un choisi parmi les suivants : un film de polymère, une plaque de polymère, ou une couche de polymère pulvérulent.
8. 8. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le polymère présente un indice de fluidité compris entre 30 et 60 g/10mm, et/ou une viscosité intrinsèque comprise entre 0,6 et 0,8 dL/g.
9. 9. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant, préalablement à l'étage de chauffage, une étape de solidarisation du mat (12) et de la couche (14) entre eux, par exemple par aiguilletage.
10. 10. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le grammage de la couche (14) est au moins égal au grammage du mat (12).
11. 11. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, pour la fabrication d'une pièce structurelle comportant des première et seconde peaux (10) et un écarteur (20) interposé entre les peaux, comportant une étape d'empilement, dans un moule (22), de la première peau (10), formée d'un premier ensemble d'un premier mat de fibres (12) et d'une première couche de polymère (14) superposés, de l'écarteur (20), et de la seconde peau (10), formée par un second ensemble d'un second mat de fibres (12) et d'une seconde couche de polymère (14) superposés.
12. 12. Procédé de fabrication selon la revendication 11, dans lequel le moule (22) est régulé à basse température, notamment de l'ordre de 15°C, ou à la température de cristallisation du polymère, l'étape de chauffage à une température supérieure à la température de fusion du polymère étant réalisée préalablement par des moyens chauffants, notamment des plateaux chauffants.20