FR3027835A1

FR3027835A1 - Moule pour la fabrication de piece en matiere plastique comportant un systeme d'etancheite optimise

Info

Publication number: FR3027835A1
Application number: FR1460530A
Authority: FR
Inventors: Olivier Torres
Original assignee: Plastic Omnium SE
Current assignee: Plastic Omnium SE
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2014-10-31
Publication date: 2016-05-06
Anticipated expiration: 2034-10-31
Also published as: US20180272575A1; CN107107405A; FR3027835B1; WO2016066940A1; EP3212376A1

Abstract

- Moule (1) pour la fabrication de pièce en matière plastique (MP), comportant un élément fixe (2) et un élément mobile (3) formant, en position fermée du moule (1) une cavité du moule (4), caractérisé en ce qu'au moins un des éléments comporte au moins un système de fermeture étanche (5) de la cavité du moule (4), ledit système de fermeture étanche (5) étant muni d'au moins une surface déformable (6) en matériau élastique permettant de réaliser un contact étanche avec une surface de fermeture de la cavité du moule (4), et ladite surface déformable (6) étant montée coulissante dans une paroi (7) du moule (1) de façon à ajuster le contact étanche.

Description

- 1 - La présente invention concerne le domaine technique de la fabrication par moulage de pièce en matière plastique, notamment par compression. En particulier, l'invention concerne un moule adapté pour la fabrication de pièces composites nécessitant un accostage précis des éléments de fermeture du moule, 5 telles que des pièces comportant un insert ou des pièces ayant un profil accidenté en bord pièce. Pour réaliser une pièce en matière plastique, thermoplastique ou thermodurcissable, il est connu d'utiliser un procédé de moulage par compression à chaud sous pression dans un moule fermé, en général par déplacement d'un élément mobile du moule (mis 10 en mouvement par une presse) par rapport à un élément fixe du moule, ces éléments étant typiquement en acier. Généralement, on pose dans un moule de compression un plan de chargement constitué de feuilles de matière plastique, typiquement un matériau composite dit «SMC». Ce sigle provient de l'appellation en langue anglaise «sheet moulding 15 compound» (moulage d'un composé en feuille) ou «sheet moulding composite» (moulage d'un composite en feuille). Il s'agit par exemple d'une feuille constituée de résine thermodurcissable, généralement de type polyester, vinylester, ou époxy, mais éventuellement d'un autre type de résine thermodurcissable, qui imprègne par exemple des fibres de verre ou d'un autre renfort (par exemple avec 20% à 30% poids de 20 renfort), avec souvent des charges et/ou un catalyseur (durcisseur). Puis on actionne le vérin de la presse pour fermer le moule puis transmettre une pression de moulage à la matière plastique. Du fait du déplacement relatif à chaud des différents éléments du moule, il n'est guère possible de laisser un jeu fonctionnel suffisamment faible entre l'élément mobile 25 et l'élément fixe du moule pour assurer l'étanchéité entre ces deux éléments, du fait notamment des contraintes de montage du moule, qui imposent, dans l'état de la technique, d'assurer un jeu de montage non nul à la température ambiante, permettant d'assurer également le mouvement relatif des éléments du moule, sans blocage. Ce jeu de montage reste sensiblement identique lorsque le moule est porté à la température 30 de moulage, proche typiquement de 150°C. La maitrioe du jeu est d'autant plus important que les pièces à mouler sont de grandes dimensions. Il en résulte une infiltration de résine, devenue fluide sous l'effet des conditions thermodynamiques dans la cavité de moulage, dans les éléments fixe et mobile du moule lors du moulage, ce qui conduit à la présence de bavures sur les pièces 35 moulées, typiquement dans un plan parallèle à la direction de fermeture du moule, très généralement verticale. Ces bavures, outre la perte de matière correspondante, génèrent des coûts élevés lors de l'opération ultérieure d'ébavurage, qui requiert un - 2 - temps notable pour l'opérateur en charge de cette opération. Il a également déjà été proposé, dans la demande W02014091175, de réaliser des moules de compression comprenant des pièces d'étanchéité mobiles, ou cales mobiles, différentes de l'élément mobile principal du moule, disposées dans un ou plusieurs logements ménagé(s) dans un élément fixe du moule. Ces pièces d'étanchéité sont conçues pour se dilater et plaquer des pièces en acier les unes contre les autres de façon à assurer l'étanchéité. Cette option technique ne résout cependant pas le problème de façon satisfaisante, ces cales devant également être montées avec un jeu de montage et de fonctionnement générant des bavures.

De plus, le moulage de certaines pièces conduit à des défauts d'accostage des éléments mobile et fixe du moule. Ces défauts d'accostage peuvent conduire à une infiltration de résine provoquant des bavures sur les pièces moulées, non dans un plan parallèle à la direction de fermeture du moule, mais dans un plan perpendiculaire. De tels défauts d'accostage peuvent se produire par exemple avec des pièces 15 comportant un insert ou des pièces ayant un profil accidenté en bord pièce (profil non plan, bosselé, comportant des formes variables). En effet, la mise en place de l'insert dans le moule, entre deux empilements de feuilles de matière plastique, accentue l'infiltration de résine entre les éléments fixe et mobile du moule et autour de l'insert lors du moulage, ce qui accentue la présence de 20 bavures sur les pièces moulées. Par ailleurs, si l'insert est deformable, par exemple si la matière le constituant résiste peu à la pression de fermeture des éléments du moule, et/ou si l'insert est creux, alors on rencontre un problème d'appui de l'acier constituant les éléments fixe et mobile du moule. En effet, on ne peut appliquer une trop forte pression avec ces pièces au risque de dégrader l'insert. 25 De plus, lors de la fabrication d'un insert, il existe une dispersion dimensionnelle des pièces, c'est-à-dire que chaque insert produit à la chaîne ne fait pas exactement la même dimension, notamment dans la direction de fermeture du moule. Ce défaut de forme global à la pièce pouvant aller jusqu'à quelques millimètres d'une pièce à une autre sur des pièces de grandes dimensions, engendre un accostage pas suffisamment 30 étanche des éléments fixe et mobile du moule. De tels défauts d'accostage peuvent se produire également avec des pièces comportant un profil accidenté en bord pièce, c'est-à-dire que le contour de la pièce n'est pas plan, mais comporte des formes en relief dans la direction de fermeture du moule. Dans ce cas, les deux pièces du moule (fixe et mobile) doivent parfaitement 35 s'emboiter lors de la fermeture du moule. Si un tel moule peut être fabriqué, il est en revanche extrêmement difficile d'assurer un emboitement parfait des formes des éléments fixes et mobiles du moule. En effet, l'ajustement de ces éléments, - 3 - généralement en acier, demande une précision trop importante par rapport à celle de l'outil. Ainsi, une pièce comportant un profil compliqué sur ses bords ou un insert, conduit à des défauts d'ajustement, engendrant des bavures dans une direction perpendiculaire à 5 celle de fermeture du moule. Ces bavures sont aujourd'hui difficiles à enlever et pénalisent la production de ce type de pièce (avec insert, à profil accidenté) car elles nécessitent une opération d'ébavurage après moulage. Les solutions d'étanchéité existantes actuellement ne prennent pas en compte ce 10 type de bavure, et notamment le surmoulage d'un insert dans le moule, et ne permettent donc pas d'éviter les bavures autour d'un insert. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et de permettre un moulage par compression permettant de mouler une pièce composite comprenant par exemple un insert, sans défaut d'accostage. 15 A cet effet, l'invention a notamment pour objet un moule pour la fabrication de pièce en matière plastique, comportant un élément fixe et un élément mobile formant, en position fermée du moule, une cavité du moule, dans lequel au moins un des éléments comporte au moins un système de fermeture étanche de la cavité du moule. Ce système de fermeture étanche est muni d'au moins une surface deformable en 20 matériau élastique permettant de réaliser un contact étanche avec une surface de fermeture (surface d'un insert ou surface des éléments du moule) de la cavité du moule. De plus, la surface deformable est montée coulissante dans une paroi du moule de façon à ajuster le contact étanche. Ainsi, la surface deformable joue le rôle d'étanchéité grâce, d'une part à son 25 élasticité qui lui permet de s'adapter à toute forme de la surface de fermeture, et grâce à sa mobilité, par rapport à la paroi du moule, qui lui permet d'appliquer une pression nécessaire à sa déformation élastique et à réduire le jeu entre la surface deformable et la surface de fermeture. Cette mobilité du système d'étanchéité par rapport à la paroi du moule est très avantageuse pour des moules de compression. En effet, pour ce type 30 de moule, il est nécessaire d'assurer l'étanchéité avant de mettre la matière plastique en compression, car lors de la compression, la matière plastique flue, et pourrait donc s'échapper de la cavité. Le moule selon l'invention permet ainsi d'améliorer l'étanchéité au niveau d'un insert par exemple, ce qui évite les reprises de bavures après moulage. 35 Selon l'invention, le matériau élastique peut comprendre au moins un polymère du groupe formé par une polyétheréthercétone, dit PEEK. De préférence, la surface deformable est déplaçable en translation parallèlement à une direction de fermeture du moule. Selon l'invention, le système d'étanchéité peut comporter un moyen de déplacement de la surface deformable dans la paroi, adapté à plaquer la surface contre la surface de fermeture de façon à constituer une force de contre réaction à un effort exercé par l'élément mobile lors d'une phase de compression de la matière plastique. Ce moyen de déplacement peut être un vérin hydraulique. Selon un mode de réalisation, la surface deformable a une forme complémentaire de la surface de la surface de fermeture en contact avec ladite surface deformable. Selon un mode de réalisation, le système d'étanchéité est muni d'au moins deux surfaces déformables, une surface étant montée coulissante dans une paroi de l'élément fixe et l'autre surface étant montée coulissante dans une paroi de l'élément mobile, les deux surfaces coopérant afin d'éviter que la matière plastique ne flue en dehors de la cavité du moule. Selon ce mode de réalisation, l'une des surfaces peut être montée fixe dans la paroi.

L'invention concerne également un procédé de surmoulage d'un insert par une matière plastique au moyen d'un moule selon l'invention, dans lequel on utilise au moins une surface de l'insert comme surface de fermeture. L'invention sera mieux comprise à la lecture des figures annexées, qui sont fournies à titre d'exemples et ne présentent aucun caractère limitatif, dans lesquelles: La figure 1 montre schématiquement un moule selon un premier mode de réalisation de l'invention, en position ouverte en haut et en position fermée en bas ; Les figures 2A, 2B et 20 montrent schématiquement le moule selon le premier mode de réalisation de l'invention, avec mise en place de l'insert (figure 2A), la fermeture du moule (figure 2B), et en phase de compression (figure 20).

La figure 3 montre schématiquement un moule selon un second mode de réalisation de l'invention, en position ouverte en haut en haut, et avec mise ne place de l'insert en en bas. La figure 4 illustre un mode de réalisation dans lequel l'appui de la surface deformable sur la surface de fermeture est partiel.

On se réfère maintenant à la figure 1, qui montre un exemple de moule (1) selon l'invention, pour la fabrication de pièce en matière plastique (MP). Le moule (1) comprend un premier élément (2), de préférence fixe, et un second élément (3), de préférence mobile et déplaçable selon une direction de fermeture du moule.

Les deux éléments (2, 3) viennent en butée l'un contre l'autre, directement ou par l'intermédiaire d'un organe, en position fermée du moule (1), et ils forment la cavité du moule (4). Selon l'exemple des figures 2A à 20, les deux éléments (2, 3) viennent en - 5 - butée contre un insert (9), définissant la cavité de surmoulage de l'insert (9). La figure 2A illustre le moule (1) lors de l'étape de dépose d'un insert (9), métallique ou composite, et de feuilles de matière plastique (MP) type SMC dans le moule (1). Un des éléments (2, 3) du moule (1) comporte au moins un système d'étanchéité (5) 5 de la cavité du moule (4) de façon à éviter que la matière plastique (MP) ne flue en dehors de la cavité (4), entre le premier élément (2) et le second élément (3) (dans le cas de la figure 1). Ce système d'étanchéité (5) comporte au moins un bloc en matériau élastique muni d'une surface deformable (6) permettant de réaliser un contact étanche avec une surface de fermeture de la cavité du moule (4). On entend par matériau 10 élastique un matériau capable d'accepter une déformation réversible résiduelle de 0,1mm, au moins aux pressions et températures habituelles de moulage (une pression autours de 100 bars et une température autours de 15000). Cette surface deformable (6) en matériau élastique est montée coulissante dans une paroi (7) du moule (1). De préférence, la surface deformable (6) est déplaçable en translation parallèlement à la 15 direction de fermeture du moule (1). Ainsi, la surface deformable (6) joue le rôle d'étanchéité grâce, d'une part à son élasticité qui lui permet de s'adapter à toute forme de la surface de fermeture, et grâce à sa mobilité qui permet de lui appliquer une pression nécessaire à sa déformation élastique et à réduire le jeu entre la surface deformable (6) et la surface de fermeture. 20 La surface de fermeture peut être la surface d'un des éléments (2,3) du moule ou la surface d'un insert (9) comme illustrées sur les figures 2A à 20 et 4. L'appui de la surface deformable (6) sur la surface de fermeture peut être partiel comme l'illustre la figure 4, c'est-à-dire qu'une partie seulement de la surface deformable (6) est en contact avec la surface de fermeture. L'autre partie pouvant être en contact direct avec 25 la matière plastique (MP). Selon un exemple de réalisation, le matériau élastique de la surface deformable (6) comprend au moins un ou plusieurs polymère(s) du groupe formé par une polyétheréthercétone, dit PEEK. Il existe différents grades de ce matériau PEEK. Pour éviter des bavures dans une 30 direction perpendiculaire à celle de fermeture du moule, et notamment entre la surface (6) et la surface de fermeture, l'homme du métier choisira, en fonction des matériaux mis en oeuvre, des pressions et des températures mises en oeuvre, le grade de PEEK permettant des déformations de l'épaisseur de la surface (6), dans le sens de fermeture du moule, de l'ordre de 0,1mm, pour permettre un ajustement induisant une étanchéité 35 entre les éléments fermant la cavité du moule (4). Le matériau élastique peut également comprendre seul, ou en combinaison, du Téflon® PFA (PTFE), du VITON 0 (caoutchouc synthétique de la famille des élastomères fluorés. Le matériau élastique peut également comprendre d'autres composants. Par exemple, le matériau élastique peut comprendre au moins 65% en poids, et de préférence au moins 90% en poids d'un ou plusieurs polymère(s) du groupe formé par une polyétheréthercétone, dit PEEK, un polyimide, dit PI, un polyamide-imide, dit PAI, et un polysulfure de phénylène, dit PPS, et du VITON O. Selon l'invention, la surface deformable (6) peut être en contact direct avec la matière plastique (MP). La surface deformable (6) a de préférence une forme complémentaire de la surface 10 de fermeture, telle que l'insert (9), en contact avec la surface deformable (6). Comme l'illustrent les figures 3 et 4, quelle que soit la forme de l'insert (9), la surface (6) permet une étanchéité optimale. Selon l'exemple de réalisation des figures 1 et 2A à 2C, le système d'étanchéité (5) comporte des blocs en matériau élastique munis d'une surface deformable (6), chaque 15 bloc étant logé par emboîtement dans un support (6'). Ce support (6'), portant ainsi la surface deformable (6), assure un contact franc avec la surface de fermeture, telle que la surface extérieure de l'insert (9). Un ou plusieurs blocs en matériau élastique peuvent être implantés dans le moule (1). Ils sont de préférence placés en partie supérieure et inférieure du moule, c'est-à- 20 dire sur l'élément fixe (2) et sur l'élément mobile (3). Selon l'exemple des figures 1 et 2A à 2C, le système d'étanchéité (5) est muni d'au moins deux surfaces déformables (6). Une surface deformable est montée coulissante dans la paroi (7) de l'élément fixe (2) et l'autre surface deformable est montée coulissante dans une paroi (7) de l'élément mobile (3). Les deux surfaces déformables 25 (6) en contact avec l'insert (9) coopèrent afin d'éviter que la matière plastique (MP) ne flue en dehors de la cavité du moule (4). Elles sont ainsi en vis-à-vis, comme illustré sur les figures 1 et 2A à 2C, afin de créer une étanchéité optimale avant le début de la compression. Avantageusement, le système d'étanchéité (5) comporte un moyen de déplacement 30 (8) de la surface deformable (6) dans la paroi (7). Ce système permet de plaquer la surface deformable (6) contre la surface de fermeture, telle que l'insert (9), de façon à constituer une force de contre réaction à l'effort exercé par l'élément mobile (3) lors de la phase de compression de la matière plastique (MP). La figure 2C illustre les forces en jeu lors de la phase de compression. 35 Sur l'exemple des figures 1 et 2A à 2C, les surfaces déformables (6), par l'intermédiaire des supports (6'), sont asservies par vérins hydrauliques (8) afin de créer une étanchéité optimale avant le début de la compression. - 7 - Selon un autre mode de réalisation, illustré sur les figures 3 et 4, le système d'étanchéité (5) est muni d'au moins deux surfaces déformables (6), une surface deformable étant montée coulissante dans une paroi (7) d'un élément (2, 3) et l'autre surface deformable étant montée fixe dans la paroi (7) de l'autre élément (3, 2). Les deux surfaces déformables en contact avec la surface de fermeture, telle que l'insert (9), coopèrent afin d'éviter que la matière plastique (MP) ne flue en dehors de la cavité du moule (4). Elles sont ainsi en vis-à-vis, comme illustré sur les figures 3 et 4, afin de créer une étanchéité optimale avant le début de la compression.

L'invention concerne également un procédé de surmoulage d'un insert par une matière plastique au moyen d'un moule (1) selon l'invention. Le procédé comporte au moins les étapes suivantes selon l'exemple des figures 1 et 2A à 2C : l'insert (9) à mouler est positionné avec la matière plastique (MP) sur les blocs en matériau élastique, munis d'une surface deformable (6), du poinçon (2) en position haute (dans le cas d'un surmoulage sur deux faces). la presse (3) est fermée jusqu'à ce que les surfaces déformables (6) de la partie supérieure soit en contact avec l'insert (9). La matière plastique (MP) n'est pas encore compressée, mais la zone de fin pièce est étanche. la presse (3) continue d'être descendue jusqu'à la côté nominale de la pièce à mouler, et l'on applique une pression pour faire fluer et polymériser la matière plastique (MP). Les surfaces déformables (6) sont toujours en pression sur l'insert (9) pour assurer l'étanchéité : on applique une contrepression sur le système d'étanchéité (5) au moyen des vérins hydrauliques. Les surfaces déformables (6) reculeront (à l'intérieur de la paroi du moule dans laquelle elles sont positionnées) pendant la descente en pression de la presse (3). une fois le processus de transformation terminé (fluage, cuisson), la presse (3) s'ouvre et la pièce transformée est éjectée.

Dans le cas de surfaces déformables (6) en partie supérieure et inférieure, ces derniers peuvent aider à l'éjection de la pièce sur sa périphérie.

Claims

REVENDICATIONS1. Moule (1) pour la fabrication de pièce en matière plastique (MP), comportant un élément fixe (2) et un élément mobile (3) formant, en position fermée du moule (1) une cavité du moule (4), caractérisé en ce qu'au moins un des éléments comporte au moins un système de fermeture étanche (5) de la cavité (4), ledit système de fermeture étanche (5) étant muni d'au moins une surface déformable (6) en matériau élastique permettant de réaliser un contact étanche avec une surface de fermeture de la cavité du moule (4), et ladite surface déformable (6) étant montée coulissante dans une paroi (7) du moule (1) de façon à ajuster le contact étanche.
2. Moule (1) selon la revendication 1, dans lequel ledit matériau élastique comprend au moins un polymère du groupe formé par une polyétheréthercétone, dit PEEK.
3. Moule (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la surface déformable (6) est déplaçable en translation parallèlement à une direction de fermeture du moule (1).
4. Moule (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le système d'étanchéité (5) comporte un moyen de déplacement (8) de ladite surface déformable (6) dans ladite paroi (7), adapté à plaquer ladite surface (6) contre la surface de fermeture de façon à constituer une force de contre réaction à un effort exercé par l'élément mobile (3) lors d'une phase de compression de la matière plastique (MP).
5. Moule (1) selon la revendication 4, dans lequel le moyen de déplacement (8) est un vérin hydraulique. Moule (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la surface déformable (6) a une forme complémentaire de la surface de la surface de fermeture en contact avec ladite surface déformable (6). 7. Moule (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit système d'étanchéité (5) est muni d'au moins deux surfaces déformables (6), une surface étant montée coulissante dans une paroi (7) de l'élément fixe (2) et l'autre surface étant montée coulissante dans une paroi (7) de l'élément mobile (3), les deux surfaces coopérant afin d'éviter que la matière plastique (MP) ne flue en dehors de la cavité de surmoulage (4). 8. Moule (1) selon la revendication 7, dans lequel une des surfaces est montée fixe dans la paroi (7). 9 Procédé de surmoulage d'un insert par une matière plastique au moyen d'un moule (1) selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel on utilise au moins une surface de l'insert (9) comme surface de fermeture.