FR3117917A1 - Pièce en plastique injecté de dispositif lumineux avec surface fonctionnelle - Google Patents

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Abstract

Titre : Pièce en plastique injecté de dispositif lumineux avec surface fonctionnelle L’invention a trait à une pièce (2) d’un dispositif lumineux pour véhicule automobile, comprenant un substrat (4.1) en une première matière thermoplastique ; un revêtement (4.2) disposé sur le substrat (4.1), en une deuxième matière plastique ; où la deuxième matière plastique est constituée de polyuréthane PUR, polyurée PUA ou une combinaison de PUR et PUA. (Figure à publier avec l'abrégé : Figure 1)

Description

Pièce en plastique injecté de dispositif lumineux avec surface fonctionnelle
L’invention a trait au domaine de pièces en matière plastique injectée, notamment de dispositifs lumineux pour véhicules automobiles.
Les dispositifs lumineux pour véhicules automobiles comprennent classiquement un boîtier avec une ouverture formant une interface de liaison, et une glace fixée au boîtier via l’interface de liaison et refermant l’ouverture. Le boîtier est classiquement réalisé en matière plastique opaque injectée. La glace, fabriquée dans le passé habituellement en verre, est depuis plusieurs années couramment réalisée en matière plastique transparente injectée, comme notamment du polyméthacrylate de méthyle PMMA, du polycarbonate PC. Ces matériaux thermoplastiques, couramment vendus sous forme de granulés, sont chauffés à une température dépassant la température de transition vitreuse, pour être ensuite injectés. Ils présentent cependant une viscosité importante, nécessitant des pressions d’injection importantes. Une pression d’injection importante impose une presse d’injection adaptée, pouvant augmenter de manière sensible le coût de fabrication. Cette viscosité importante impose des limitations géométriques à la pièce à réaliser, notamment lorsque celle-ci présente une structuration de petite taille, comme notamment une structure diffractive. Afin de surmonter cette difficulté, il est connu de former des pièces optiques à base de silicone. Ces pièces souvent nécessitent d’être rapportées à d’autres plus robustes. Cette solution est aussi assez coûteuse tant d’un point de vue du coût de la matière que de sa mise en œuvre.
Il est également connu de déposer des couches protectrices de vernis sur les surfaces extérieures des glaces. Ces vernis présentent une dureté accrue afin de résister davantage aux agressions extérieures susceptibles de former des griffures. Ces vernis présentent des limitations inhérentes aux vernis, comme notamment des limites d’épaisseur, de fonction(s) et de mise en œuvre. Ils sont aussi coûteux, tant d’un point de vue matière première que d’un point de vue de leur mise en œuvre.
L’invention a pour objectif de pallier au moins un des inconvénients de l’état de la technique susmentionné. Plus particulièrement, l’invention a pour objectif de réaliser des pièces plastiques de dispositifs lumineux, présentant des propriétés optiques et mécaniques accrues et ce de manière économique.
L’invention a pour objet une pièce d’un dispositif lumineux pour véhicule automobile, comprenant un substrat en une première matière thermoplastique ; un revêtement disposé sur le substrat, en une deuxième matière plastique ; remarquable en ce que la deuxième matière plastique est constituée de polyuréthane PUR, polyurée PUA ou une combinaison de PUR et PUA.
La pièce du dispositif lumineux peut également présenter une ou plusieurs de caractéristiques suivantes.
Selon un mode avantageux de l’invention, les première et deuxième matières présentent entre elles, à une interface entre lesdites matières, des liaisons polaires. Ces liaisons polaires sont le résultat d’un moulage par injection réactive des deux matières, à savoir deux injections distinctes mais dans un même procédé de fabrication où la deuxième matière est injectée après la première matière, c’est-à-dire lorsque celle-ci n’est pas encore refroidie à température ambiante, la deuxième matière réticulant par réaction chimique d’un polyol avec un isocyanate.
Selon un mode avantageux de l’invention, la première matière thermoplastique comprend du polyméthacrylate de méthyle PMMA, du polycarbonate PC, une combinaison de PMMA et de PC.
Selon un mode avantageux de l’invention, le substrat forme une paroi avec une épaisseur moyenne qui est supérieure à une épaisseur moyenne du revêtement.
Selon un mode avantageux de l’invention, le revêtement présente une épaisseur moyenne comprise entre 0.1 et 10 mm, préférentiellement entre 1 et 5mm.
Selon un mode avantageux de l’invention, le substrat et le revêtement sont transparents en présentant chacun une transmittance pour la lumière visible d’au moins 92%.
Selon un mode avantageux de l’invention, ladite pièce est une glace de fermeture du dispositif lumineux.
Selon un mode avantageux de l’invention, la deuxième matière est constituée de PUA, le revêtement formant une surface extérieure de ladite pièce, apte à s’auto-réparer en appliquant une source de chaleur sur ledit revêtement.
Selon un mode avantageux de l’invention, la deuxième matière est constituée de PUR, le revêtement formant une surface intérieure de ladite pièce, pourvue de microstructures optiques. Par microstructures on entend des structures ou formes géométriques présentant une dimension principale inférieure ou égale à 10-3mm. A cet effet, les microstructures peuvent présenter des dimensions nanométriques. Les microstructures peuvent être optiques, comme par exemple diffractives. Les microstructures peuvent aussi conférer une fonction hydrophobe.
L’invention a également pour objet un dispositif lumineux pour véhicule automobile comprenant une pièce conforme au présent exposé.
L’invention a pour objet un procédé de fabrication d’une pièce d’un dispositif lumineux pour véhicule automobile, comprenant les étapes successives suivantes : injection d’une première matière thermoplastique dans un moule avec une première géométrie, de manière à former un substrat ; injection d’une deuxième matière plastique dans le moule avec une deuxième géométrie, alors que la première matière n’est pas totalement refroidie à température ambiante, de manière à former un revêtement sur le substrat ; remarquable en ce que la deuxième matière plastique est constituée de polyuréthane PUR, polyurée PUA ou une combinaison de PU et PUA.
Les mesures de l’invention sont intéressantes en ce qu’elles permettent de réaliser des pièces de dispositif lumineux, notamment des pièces optiques, de forme complexe tout en présentant des qualités mécaniques et/ou optiques particulières, comme une résistance aux griffures et/ou des microstructures, respectivement. Le coût de production est par ailleurs limité en ce que le revêtement est mince en relation avec le substrat qui est lui réalisé dans une matière thermoplastique moins coûteuse.
est une vue en coupe d’une glace de dispositif lumineux, selon un premier mode de réalisation de l’invention ;
est une vue en coupe d’une glace de dispositif lumineux, selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ;
est une vue en coupe schématique d’une presse d’injection plastique avec un moule rotatif, illustrant l’injection d’une première matière, selon l’invention ;
est une vue en coupe schématique d’une presse d’injection plastique avec un moule rotatif, correspondant à la , toutefois illustrant l’injection d’une deuxième matière, selon l’invention.
Description détaillée
La est une représentation schématique d’une glace de dispositif lumineux, selon un premier mode de réalisation de l’invention.
La glace 2 comprend une paroi transparente 4 et un pied de fixation 6 à un boîtier (non représenté) du dispositif lumineux. La paroi 4 forme en l’occurrence une surface gauche. Le pied de fixation 6 est formé intégralement avec la paroi 4, à un bord de celle-ci. La paroi 4 comprend un substrat 4.1 réalisé en une première matière plastique transparente du type thermoplastique, comme par exemple du polyméthacrylate de méthyle PMMA, du polycarbonate PC, ou encore une combinaison de PMMA et de PC. L’utilisation de ce type de matière pour ce type d’application est en soi bien connu. Le substrat 4.1 est alors réalisé par injection de la matière plastique dans un moule. La paroi 4 comprend, en outre, un revêtement 4.2 formant en l’occurrence une face extérieure de la glace 2. Ce revêtement a pour fonction de former une couche protectrice de la glace 2, c’est-à-dire la protégeant des agressions extérieures, notamment des griffures. Ce revêtement 4.2 présente des propriétés auto-réparantes, c’est-à-dire une capacité à réduire ou faire disparaître des dommages tels que des griffures par application de chaleur en vue d’augmenter sa température. Cette propriété est en soi connue et également couramment désignée par le terme auto-cicatrisation. A cet effet, le revêtement 4.2 est réalisé en une deuxième matière plastique à base de polyurée PUA. La PUA est le produit d’une union entre un isocyanate et diverses polyamines, plus spécifiquement une polyaddition d’un isocyanate aliphatique ou aromatique ou d’un prépolymère isocyanate à une amine polyfonctionnelle ou un mélange d’amines. Elle est disponible commercialement notamment auprès de la société PANADUR® sous le nom de produit PANADUR CLEAR FAST. Ce produit est à deux composants, à savoir un composant de base et un durcisseur. Il est transparent et est couramment utilisé comme revêtement du type « gelcoat » pour matériau composite comprenant une matrice telle qu’une résine, et des fibres de carbone ou de verre.
Les inventeurs de la présente invention ont découvert qu’une matière plastique à base de PUA peut être injectée avec un substrat tel que le substrat détaillé ci-avant afin de former un revêtement présentant des propriétés protectrices du substrat, en replacement de vernis potentiellement plus coûteux. Les propriétés protectrices comprennent une dureté élevée pouvant être ajustée par le ratio entre les composants de la matière plastique à base de PUA, et aussi par une capacité d’auto-cicatrisation ou auto-réparabilité. Cette propriété est due à la structure de la matière plastique en question, à savoir un alignement et une superposition de chaînes courtes, typiquement de l’ordre d’une centaine d’atomes de carbone. Une griffure, telle qu’un microsillon formé par le déplacement d’un objet pointu sur le revêtement, va séparer ces chaînes courtes sur plusieurs couches superposées. Une augmentation de température du revêtement, par application d’une source de chaleur externe (telle qu’un sèche-cheveu), typiquement pour atteindre 60-90°C, va permettre à ces chaînes courtes de se réorganiser en se réalignant de manière superposée.
La PUA présente une viscosité dynamique faible, typiquement entre 1.3 et 2 Pa.s à 20°C, proche de celle de l’eau, favorisant une mise en œuvre par injection. Par co-injection, on entend que les première et deuxième matières plastiques sont injectées dans le même procédé de fabrication, préférentiellement dans le même moule, toutefois à des moments distincts, afin de permettre à la première matière plastique injectée en premier de solidifier quelque peu avant d’injecter la deuxième matière plastique. L’utilisation d’un même moule n’exclut pas que le substrat obtenu par la première injection, à savoir de la première matière plastique, soit transféré dans une autre cavité dont la géométrie est différente afin d’y pratiquer la deuxième injection, en l’occurrence de la deuxième matière plastique.
La est une représentation schématique d’une glace de dispositif lumineux, selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.
Les numéros de référence du premier mode de réalisation sont utilisés pour désigner les éléments identiques ou correspondants du deuxième mode de réalisation, ces numéros étant toutefois majorés de 100. Il est par ailleurs fait référence à la description de ces éléments dans le cadre du premier mode de réalisation.
La glace 102 se distingue de celle du premier mode de réalisation essentiellement en ce que le revêtement 104.2 de la paroi 104 forme une face intérieure de ladite paroi et forme une microstructure 104.3. La microstructure 104.3 présente avantageusement des propriétés optiques comme notamment des propriétés diffractives. La présence de microstructures optiques sur une face intérieure de glace de dispositif lumineux est en soi connue de l’homme de métier. Dans le cas présent, celle-ci est réalisée par une deuxième matière plastique formant un revêtement 104.2 du substrat 104.1 réalisé en une première matière thermoplastique telle que du polyméthacrylate de méthyle PMMA, du polycarbonate PC, ou une combinaison de PMMA et de PC. La deuxième matière plastique peut être à base de polyuréthane PUR injecté sur la première matière plastique. Une telle matière plastique est disponible commercialement notamment auprès de la société RÜHL Puromer GmbH, sous les dénominations puroclear® 3351 IT et 3098/4IT avec mise en œuvre avec puronate® 960/1. Ces matières sont transparentes avec une transmittance de plus de 92% et une viscosité faible, de l’ordre de 1 à 2.5 Pa.s à 25°c, c’est-à-dire très proche de la viscosité de l’eau. Cette matière plastique est par conséquent particulièrement avantageuse pour une mise en œuvre par injection en vue de former les microstructures 104.3.
Les inventeurs de cette invention ont découvert que l’utilisation de PUR pour former un revêtement par injection sur un substrat réalisé, lui, en une matière thermoplastique présentant une viscosité à l’état fondu sensiblement supérieure, ne permettant pas de réaliser des structures fines telles que des microstructures optiques, est possible et avantageuse. L’injection de matière plastique thermoplastique comme le PMMA ou le PC présente de difficulté lors de la réalisation de pièces longues en ce que des pressions d’injection élevées s’avèrent nécessaires. La viscosité importante de la matière plastique fondue injectée dans un moule génère des forces de résistance à l’écoulement qui augmentent avec la longueur d’injection à partir du point d’entrée de ladite matière dans le moule. Cela signifie que la pression d’injection à l’entrée du moule, alors potentiellement élevée, diminue progressivement le long de cette distance jusqu’à l’extrémité la plus distante de la matière en cours d’injection. Or la réalisation de formes avec des détails de petite taille requiert l’application d’un minimum de pression à la matière injectée afin de remplir complètement ces détails. C’est notamment le cas pour la réalisation de microstructures. Le moulage par injection réactive du substrat 104.1 en une première matière plastique du type thermoplastique et du revêtement 104.2 formant des microstructures 104.3 en une deuxième matière plastique à plusieurs composants réagissant après injection et présentant une faible viscosité, en l’occurrence du PUR, est par conséquent particulièrement avantageuse.
Il est entendu qu’il est possible de prévoir un premier revêtement sur une première face du substrat, formant la face extérieure de la pièce, et un deuxième revêtement sur une face opposée du même substrat, formant alors la face intérieure de la pièce. Chacun des premier et deuxième revêtements peut alors être selon l’un des revêtements des figures 1 et 2.
De manière générale, c’est-à-dire notamment pour les premier et deuxième modes de réalisation décrits ci-dessus, la deuxième matière plastique est avantageusement du PUR, du PUA, ou une combinaison de PUR et de PUA, essentiellement en raison de leur faible viscosité dynamique permettant de les injecter sans difficultés en épaisseurs minces. Le substrat dans la première matière plastique forme alors la majeure partie de la pièce, en l’occurrence la glace. Il peut former au moins 70%, préférentiellement au moins 80%, en masse de la pièce en question. La première matière plastique, peu coûteuse, permet ainsi de limiter le coût de production. Le PUR et la PUA présentent aussi l’avantage de pouvoir être transparent, et ainsi permettre la réalisation de pièces optiques comme les glaces de dispositifs lumineux décrites ci-avant ou encore des lentilles.
De manière générale, le revêtement peut présenter une épaisseur moyenne supérieure ou égale à 0.5mm, préférentiellement 1mm, et/ou inférieure à 10mm, préférentiellement 5mm. Le substrat présente avantageusement une épaisseur moyenne supérieure à l’épaisseur moyenne du revêtement, plus avantageusement supérieure à 3 fois l’épaisseur moyenne du revêtement.
Les figures 3 et 4 illustrent un mode réalisation de l’injection des première et deuxième matières plastiques, au moyen d’un moule rotatif.
La est une vue en coupe schématique d’une presse d’injection avec un moule rotatif. La presse d’injection 8 comprend une première vis d’injection 8.1 pour la première matière plastique et une deuxième vis d’injection 8.2 pour la deuxième matière plastique. Le moule rotatif 10 comprend une partie fixe 10.1 et une partie mobile en rotation 10.2. La partie fixe 10.1 est fixée à la pression d’injection 8 et comporte une première face 10.1.1 et une deuxième face 10.1.2 différente de la première face 10.1.1. La partie mobile 10.2 comprend, similairement, une première face 10.2.1 et une deuxième face 10.2.2. Contrairement à la partie fixe 10.1 du moule 10, les première et deuxième faces 10.2.1 et 10.2.2 sont identiques. La première face 10.1.1 de la partie fixe 10.1 et une des première et deuxième faces 10.2.1 et 10.2.2 de la partie mobile 10.2 forment, lorsque la partie mobile 10.2 est disposée contre la partie fixe 10.1, une première cavité et géométrie d’injection de la première matière plastique, au moyen de la première vis d’injection 8.1 de la presse d’injection 8, permettant de réaliser le substrat 4.1. Une fois le substrat 4.1 injecté et refroidi, la partie mobile 10.2 du moule se déplace en translation le long de l’axe 12 de manière à extraire le substrat 4.1 en question restant sur la première face 10.2.1 de la partie mobile 10.2. Cette dernière subit alors une rotation, en l’occurrence de l’ordre de 180°, de manière à présenter le substrat 4.1 en face de la deuxième face 10.1.2 de la partie fixe 10.1 du moule 10.
La illustre la presse d’injection et le moule de la à un stade où la deuxième matière plastique est injectée par la deuxième vis d’injection 8.2. Les composants de la deuxième matière plastique peuvent être mélangés dans la vis d’injection avant injection dans le moule 10. A cet effet, la partie mobile 10.2 du moule 10 est rapprochée de la partie fixe 10.1 de manière ce que la deuxième face 10.2.2 de la partie mobile 10.2, portant le substrat 4.1, s’engage avec la deuxième partie 10.1.2 de la partie fixe 10.1 du moule 10, de manière à former une deuxième cavité et géométrie d’injection délimitée par ladite partie deuxième partie 10.1.2 de la partie fixe 10.1 et le substrat 4.1. La deuxième matière plastique peut alors y être injectée de manière à former le revêtement 4.2, ce dernier étant volontairement représenté avec une épaisseur exagérée, à des fins de clarté d’exposé. La première matière plastique formant le substrat 4.1 est encore chaude lorsque la deuxième matière plastique est injectée, de sorte que les deux matières plastiques présentent une cohésion chimique à leur interface. Cette cohésion chimique est en l’absence d’adhésif, elle est réalisée par des liaisons covalentes polarisées entre les première et deuxième matières plastiques.
Le procédé qui vient d’être décrit est volontairement simplifié, afin d’illustrer le principe d’une manière de réaliser la pièce de dispositif lumineux, selon l’invention, au moyen d’un moule rotatif. Il est toutefois entendu qu’il est possible de réaliser la pièce de dispositif lumineux, selon l’invention, autrement.

Claims (10)

  1. Pièce (2 ; 102) d’un dispositif lumineux pour véhicule automobile, comprenant :
    - un substrat (4.1 ; 104.1) en une première matière thermoplastique ;
    - un revêtement (4.2 ; 104.2) disposé sur le substrat (4.1 ; 104.1), en une deuxième matière plastique ;
    caractérisé en ce que
    la deuxième matière plastique est constituée de polyuréthane PUR, polyurée PUA ou une combinaison de PUR et PUA.
  2. Pièce (2 ; 102) selon la revendication 1, dans laquelle les première et deuxième matières présentent entre elles, à une interface entre lesdites matières, des liaisons polaires.
  3. Pièce (2 ; 102) selon l’une des revendications 1 et 2, dans laquelle la première matière thermoplastique comprend du polyméthacrylate de méthyle PMMA, du polycarbonate PC, une combinaison de PMMA et de PC.
  4. Pièce (2 ; 102) selon l’une des revendications 1 à 3, dans laquelle le substrat (4.1 ; 104.1) forme une paroi (4 ; 104) avec une épaisseur moyenne qui est supérieure à une épaisseur moyenne du revêtement.
  5. Pièce (2 ; 102) selon l’une des revendications 1 à 4, dans laquelle le revêtement (4.2 ; 104.2) présente une épaisseur moyenne comprise entre 0.1 et 10 mm.
  6. Pièce (2 ; 102) selon l’une des revendications 1 à 5, dans laquelle le substrat (4.1 ; 104.1) et le revêtement (4.2 ; 104.2) sont transparents en présentant, chacun, une transmittance pour la lumière visible d’au moins 92%.
  7. Pièce (2 ; 102) selon la revendication 6, dans laquelle ladite pièce est une glace de fermeture du dispositif lumineux.
  8. Pièce (2) selon l’une des revendications 1 à 7, dans laquelle la deuxième matière est constituée de PUA, le revêtement (4.2) formant une surface extérieure de ladite pièce, apte à s’auto-réparer en appliquant une source de chaleur sur ledit revêtement.
  9. Pièce (102) selon l’une des revendications 1 à 7, dans laquelle la deuxième matière est constituée de PUR, le revêtement (104.2) formant une surface intérieure de ladite pièce, pourvue de microstructures optiques.
  10. Procédé de fabrication d’une pièce (2 ; 102) d’un dispositif lumineux pour véhicule automobile, comprenant les étapes successives suivantes :
    - injection d’une première matière thermoplastique dans un moule (10) avec une première géométrie (10.1.1), de manière à former un substrat (4.1 ; 104.1) ;
    - injection d’une deuxième matière plastique dans le moule (10) avec une deuxième géométrie (10.1.2), alors que la première matière n’est pas totalement refroidie à température ambiante, de manière à former un revêtement (4.2 ; 104.2) sur le substrat (4.1 ; 104.1) ;
    caractérisé en ce que
    la deuxième matière plastique est constituée de polyuréthane PUR, polyurée PUA ou une combinaison de PU et PUA.
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