FR3126644A1 - Pièce d’équipement de véhicule automobile et procédé de fabrication associé - Google Patents

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Valérie Marcel
Amani LAHOUEGUE
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Adler Pelzer France Grand Est SAS
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Faurecia Automotive Industrie SAS
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Abstract

Pièce d’équipement de véhicule automobile et procédé de fabrication associé L’invention concerne une pièce d’équipement (10) de véhicule automobile, comportant comprenant un corps composite (20), ledit corps composite comportant une pluralité de fibres structurelles et une matrice d’un polymère thermofusible. La pièce d’équipement comprend : une première (12) et une seconde (14) faces principales opposées ; et au moins un bord (16) reliant lesdites première et seconde faces principales. La pièce d’équipement comporte en outre une couche externe (26) de mousse polymère formant la première face de ladite pièce d’équipement, ladite couche externe étant au contact du corps composite (20). Figure pour l'abrégé : Figure 1

Description

Pièce d’équipement de véhicule automobile et procédé de fabrication associé
La présente invention concerne une pièce d’équipement de véhicule automobile, du type comportant un premier corps composite, ledit premier corps composite comportant une pluralité de premières fibres structurelles et une matrice d’un premier polymère thermofusible ; la pièce d’équipement comprenant : une première et une seconde faces principales opposées ; et au moins un bord reliant lesdites première et seconde faces principales.
Il est connu de réaliser des pièces d’équipement de véhicule automobile, telles des tablettes de coffre, à base de matériau composite constitué de fibres structurelles en céramique, généralement en verre, et d’une matrice thermoplastique.
Ce matériau composite est obtenu en thermoformant c’est-à-dire en chauffant puis comprimant, une nappe textile constituée d’un mélange intime de fibres structurelles et de fibres à base d’un polymère thermoplastique. Une telle nappe textile est par exemple commercialisée sous la dénomination Sommold.
Après chauffage, les fibres thermoplastiques fusionnent, conduisant à un élément composite pré-formé ; lequel élément est transporté jusqu’à un moule de formage. Le moule est refermé, permettant le refroidissement du polymère qui constituera la matrice du composite.
Afin de diminuer le poids de la pièce d’équipement, il est notamment connu d’empiler deux nappes textiles de part et d’autre d’un écarteur en matériau léger, de type nid d’abeille en carton. Une telle pièce d’équipement et son procédé de fabrication sont notamment connus du document WO2013/131917, ou encore de la demande FR 20 09155, non encore publiée.
Cependant, la surface externe de la pièce ainsi obtenue présente notamment une faible résistance à l’abrasion et à l’humidité. Il en est de même des bords de la pièce, qui peuvent présenter des irrégularités, dévoilant l’éventuel écarteur en carton.
Or, il est nécessaire que certaines pièces d’équipement, telles que des faux planchers d’habitacle, soient faciles à nettoyer et à laver. Il est donc préférable de garantir l’étanchéité des surfaces apparentes et des bords de la pièce.
La présente invention a pour but de résoudre ce problème. A cet effet, l’invention a pour objet une pièce d’équipement du type précité, comportant en outre une couche externe de mousse polymère formant la première face de ladite pièce d’équipement, ladite couche externe étant au contact du premier corps composite.
Suivant d’autres aspects avantageux de l’invention, la pièce d’équipement comporte l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :
- la couche externe est une mousse polyuréthane comprenant des charges choisies parmi la craie, la baryte, les argiles et leurs mélanges ;
- la couche externe présente une densité comprise entre 1 et 2 ;
- la couche externe forme au moins partiellement l’au moins un bord de ladite pièce ;
- la pièce d’équipement comprend en outre un deuxième corps composite et un écarteur pris en sandwich entre les premier et deuxième corps composites ;
- le premier corps composite comprend : une première couche composite principale ; et une première couche composite de renfort, disposée entre la première couche composite principale et l’écarteur ;
- la première couche composite principale comporte la pluralité de premières fibres structurelles et la première couche composite de renfort comporte une pluralité de deuxièmes fibres unidirectionnelles ;
- la première couche composite principale comporte la matrice du premier polymère thermofusible ; et la première couche composite de renfort comporte une matrice d’un deuxième polymère thermofusible, chacun desdits polymères thermofusibles étant un polymère thermoplastique, préférentiellement un polypropylène ;
- le deuxième corps composite comprend : une deuxième couche composite principale ; et une deuxième couche composite de renfort, disposée entre la deuxième couche composite principale et l’écarteur.
L’invention se rapporte en outre à un procédé de fabrication d’une pièce d’équipement telle que décrite ci-dessus, comprenant les étapes suivantes : réalisation d’un empilement ; puis compression à chaud dudit empilement pour obtenir une pièce intermédiaire, ladite pièce intermédiaire comprenant le premier corps composite ; puis formation de la couche externe par surmoulage d’une mousse polymère sur le premier corps composite de ladite pièce intermédiaire.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels :
- la est une vue schématique, en coupe, d’une pièce d’équipement selon un mode de réalisation de l’invention ;
- la est une vue de détail, en coupe, de la pièce d’équipement de la ; et
- la est une vue schématique d’une étape de fabrication de la pièce d’équipement des figures 1 et 2.
La représente une pièce 10 d’équipement de véhicule automobile selon un mode de réalisation de l’invention. La pièce 10 est avantageusement une pièce structurante du véhicule automobile, par exemple une tablette, telle qu’une tablette arrière de masquage de coffre, un faux plancher d’habitacle ou de coffre, ou un sous-moteur.
La pièce 10 comprend une première 12 et une seconde 14 faces principales et au moins un bord 16 reliant lesdites première et seconde faces principales. Les première 12 et seconde 14 faces principales sont opposées l’une à l’autre.
On considère une base orthonormée (X, Y, Z) associée à la pièce 10. Dans le mode de réalisation représenté, chacune des première 12 et seconde 14 faces principales s’étend sensiblement dans un plan (X, Y). Cependant, l’une ou l’autre des première et deuxième faces principales peut présenter une surface non plane.
Dans le mode de réalisation représenté, l’au moins un bord 16 est parallèle à la direction Z.
La pièce 10 comporte au moins un premier corps composite 20. Dans le mode de réalisation représenté, la pièce 10 comporte en outre un deuxième corps composite 22 et un écarteur 24, pris en sandwich entre les premier 20 et deuxième 22 corps composites selon la direction Z.
La pièce 10 comporte en outre une couche externe 26. Dans le mode de réalisation représenté, la pièce 10 comporte en outre une couche de parement 28. La couche externe 26 et la couche de parement 28 forment une surface extérieure de la pièce 10.
Dans le mode de réalisation représenté, les premier 20 et deuxième 22 corps composites sont sensiblement identiques et seront décrits simultanément ci-après.
Comme visible sur la , le corps composite 20, 22 comporte : une couche composite 30 principale ; et une couche composite 32 de renfort, disposée entre la couche composite 30 principale et l’écarteur 24. De préférence, comme dans le mode de réalisation représenté, le corps composite 20, 22 comporte en outre une couche adhésive 34, disposée entre la couche composite 32 de renfort et l’écarteur 24.
La couche composite 30 principale comporte une pluralité de premières fibres 36 structurelles, notamment céramiques, et une première matrice 38 liant les premières fibres 36 entre elles.
Les premières fibres 36 sont préférentiellement des fibres de verre. Lesdites premières fibres 36 sont préférentiellement des fibres courtes, présentant par exemple une longueur moyenne inférieure à 150 mm. Les premières fibres 36 présentent par exemple un diamètre inférieur à 50 micromètres.
La première matrice 38 comporte au moins un premier polymère 40 thermofusible. Avantageusement, ledit premier polymère 40 thermofusible est un polymère thermoplastique, préférentiellement un polypropylène.
La proportion massique de première matrice 38 dans la couche composite 30 principale est comprise entre 30% et 80% par rapport à la masse totale de ladite couche composite 30. De préférence, chacune des proportions massiques de premières fibres 36 et de première matrice 38 est d’environ 50%.
La couche composite 32 de renfort comporte une pluralité de deuxièmes fibres 42 unidirectionnelles et une deuxième matrice 44 liant les deuxièmes fibres 42 entre elles.
Les deuxièmes fibres 42 sont de préférence choisies entre des fibres céramiques, telles que des fibres ou filaments de verre, et des fibres naturelles telles que des fibres de lin.
Lesdites deuxièmes fibres 42 sont préférentiellement des fibres longues, présentant notamment une longueur moyenne supérieure à la longueur moyenne des premières fibres 36 céramiques. Lesdites deuxièmes fibres 42 présentent par exemple une longueur moyenne supérieure à 80 cm lorsqu’il s’agit de fibres naturelles. Dans le cas des filaments de verre, leur longueur correspond par exemple à une largeur de la pièce 10.
Les deuxièmes fibres 42 présentent par exemple un diamètre de 20 micromètres.
Les deuxièmes fibres 42 unidirectionnelles sont sensiblement parallèles entre elles. Dans le mode de réalisation représenté, les deuxièmes fibres 42 sont disposées dans une direction Y identique pour les premier 20 et deuxième 22 corps composites. En variante, les directions des deuxièmes fibres 42 des premier et deuxième corps composites forment un angle non nul dans un plan (X,Y).
La deuxième matrice 44 comporte au moins un deuxième polymère 45 thermofusible. Avantageusement, ledit deuxième polymère 45 est un polymère thermoplastique, préférentiellement un polypropylène. De préférence, les premier 40 et deuxième 45 polymères sont identiques.
La proportion massique de deuxième matrice 44 dans la couche composite 32 de renfort est comprise entre 30% et 70% par rapport à la masse totale de ladite couche composite 32. De préférence, chacune des proportions massiques de deuxièmes fibres 42 et de deuxième matrice 44 est d’environ 50%.
La couche adhésive 34 est formée d’au moins un troisième polymère 46 thermofusible. Avantageusement, ledit troisième polymère 46 est un polymère thermoplastique, préférentiellement un polypropylène.
En variante à la description ci-dessus, les couches composites 30 principales des premier 20 et deuxième 22 corps composites comprennent des premières fibres 36 et/ou des premiers polymères 40 différents ; et/ou les couches composites 32 de renfort des premier 20 et deuxième 22 corps composites comprennent des deuxièmes fibres 42 et/ou des deuxièmes polymères 45 différents ; et/ou les couches adhésives 34 des premier 20 et deuxième 22 corps composites comprennent des troisièmes polymères 46 différents.
De manière optionnelle, le premier corps composite 20 comporte en outre une couche intercalaire 48, disposée entre sa couche composite principale 30 et la couche externe 26. La couche intercalaire 48 comporte de préférence une couche de textile non-tissé, par exemple réalisée en polyéthylène téréphtalate (PET).
L’écarteur 24 est disposé entre les premier 20 et deuxième 22 corps composites. Dans l’exemple représenté, l’écarteur est au contact de chaque couche adhésive 34. En variante non représentée, l’écarteur est au contact d’au moins une couche composite 32 de renfort.
L’écarteur 24 est avantageusement formé d’un matériau léger, tel que du papier ou du carton.
Préférentiellement, l’écarteur 24 présente une structure alvéolaire ou en nid d’abeille. Dans le mode de réalisation représenté, l’écarteur 24 présente une pluralité de parois 50 sensiblement parallèles à la direction d’empilement X. Les parois 50 délimitent des espaces centraux 52 de contour fermé, formant des alvéoles.
D’autres types d’écarteurs légers tels des mousses rigides ou à base de liège peuvent être envisagés.
Par ailleurs, en variante non représentée, la pièce 10 ne comporte pas d’écarteur et comporte par exemple un seul corps composite sensiblement homogène, comprenant une pluralité de fibres structurelles dans une matrice de polymère thermofusible.
La couche externe 26 est au contact du premier corps composite 20 et forme la première face principale 12 de la pièce 10. De préférence, la couche externe 26 couvre au moins partiellement l’au moins un bord 16 de la pièce 10. Plus préférentiellement, la couche externe 26 couvre totalement l’au moins un bord 16.
Dans une variante de réalisation non représentée, la couche externe forme également la deuxième face principale 14 de la pièce 10.
La couche externe 26 est formée d’une mousse polymère, de préférence polyuréthane, comprenant de préférence des charges telles que de la craie, de la baryte et/ou des argiles.
De préférence, la couche externe 26 présente une teneur en charges de 60% à 85% en masse, plus préférentiellement de 70% à 80% en masse par rapport à la masse totale de ladite couche externe.
De préférence, les charges sont sous la forme de particules présentant une taille moyenne de 0,5 μm à 5 μm, de préférence de 1 μm à 3 μm.
De préférence, la couche externe 26 présente une densité comprise entre 1 et 2, soit une masse volumique comprise entre 1.000 kg/m3et 2.000 kg/m3.
Préférentiellement, la couche externe 26 est obtenue par surmoulage, notamment selon un procédé décrit ultérieurement.
La couche de parement 28 est au contact du deuxième corps composite 22 et forme la deuxième face principale 14 de la pièce 10. La couche de parement 28 comporte de préférence une couche de textile non-tissé, par exemple réalisée en polyéthylène téréphtalate (PET).
Un procédé de fabrication de la pièce d’équipement 10 va maintenant être décrit.
Dans une première étape, un empilement est réalisé en empilant des couches de matériaux selon la direction Z. Les couches successives correspondent dans l’ordre aux matériaux précurseurs de : la couche de parement 28 ; les couches composites principales 30 et de renfort 32 et la couche adhésive 34 du deuxième corps composite 22 ; l’écarteur 24 ; la couche adhésive 34 et les couches composites de renfort 32 et principale 30 du premier corps composite 20 ; et la couche intercalaire 48 dudit premier corps composite 20.
Dans une deuxième étape, l’empilement est comprimé à chaud entre deux plateaux. En particulier, l’empilement 60 est chauffé jusqu’à une température supérieure à la température de fusion du premier polymère 40 thermofusible. Cette température est par exemple supérieure à 180°C, et notamment d’environ 220°C.
Cette première compression à chaud et la fusion du premier polymère permet de relier toutes les couches de l’empilement, conduisant à un élément composite pré-formé. Ledit élément composite est manipulable, car la couche de parement 28 et la couche intercalaire 48 forment une surface externe dudit élément composite pré-formé, confinant les polymères fluides dans un espace fermé.
Dans une troisième étape, l’élément composite pré-formé est mis en forme par compression dans un moule, jusqu’à refroidissement et durcissement des polymères.
Une pièce intermédiaire 60, représenté à la , est obtenue. Ladite pièce intermédiaire 60 comprend une première 62 et une seconde 64 faces et au moins un bord 66 reliant lesdites première et seconde faces. La couche intercalaire 48 et la couche de parement 28 forment respectivement les première 62 et seconde 64 faces.
Les première, deuxième et troisième étapes d’obtention de la pièce intermédiaire 60, décrites ci-dessus, sont détaillées dans la demande FR 20 09155, non encore publiée.
Dans une quatrième étape, la pièce intermédiaire 60 est introduite dans un moule de moussage 70, représenté à la .
Un entrefer 72 est ménagé entre une première paroi interne 74 du moule de moussage 70 et la première face 62 de la pièce intermédiaire 60. De préférence, l’entrefer 72 est également ménagé entre la première paroi interne 74 et le bord 66 de ladite pièce intermédiaire.
De préférence, l’entrefer 72 présente une épaisseur comprise entre 0,5 mm et 5 mm.
Par ailleurs, de préférence, la seconde face 64 de la pièce intermédiaire 60 repose sur une deuxième paroi interne 76 du moule de moussage 70.
Un mélange moussant est ensuite introduit dans le moule de moussage 70, au niveau de l’entrefer 72, au moyen d’une tête d’injection (non représentée).
De préférence, ledit mélange moussant comporte un polyol et un isocyanate. Préférentiellement, le polyol est choisi parmi un diol ou un triol, plus préférentiellement les polyétherpolyols ramifiés. A titre d’exemple, on peut notamment citer le Lupranol® 2090 disponible commercialement auprès de la société BASF.
Préférentiellement, l’isocyanate est choisi parmi le diisocynate de diphénylméthane (P-MDI), ses isomères et ses homologues.
De préférence, dans le mélange moussant, le rapport massique entre le polyol et l’isocyanate est compris entre 4 et 12.
Le mélange moussant comprend en outre les charges décrites ci-dessus, telles que de la craie, de la baryte, des argiles ou leurs mélanges.
Préférentiellement, le mélange moussant comprend en outre au moins un agent fluidifiant. Par « agent fluidifiant », on entend un composé chimique capable de diminuer la viscosité du mélange moussant.
L’agent fluidifant est choisi de préférence parmi les dérivés de polyoxyalkylènes, notamment parmi les sels d’alkylammonium fonctionnalisés par des fonctions hydroxyles. On peut citer à titre d’exemple l’agent fluidifiant BYK-P 9915, commercialisé par la société BYK.
De préférence, le mélange moussant comprend de 0,5 % à 1% en masse d’agent fluidifiant, par rapport à la masse de polyol présent dans ledit mélange moussant.
Lors de l’injection du mélange moussant dans le moule de moussage 70, la pression appliquée dans la tête d’injection est typiquement de 50 bars à 200 bars, de préférence de 110 bars à 180 bars. Les inventeurs ont découvert que, de manière surprenante, le mélange moussant se répand aisément dans le moule de moussage 70 sans nécessiter l’application d’une pression d’injection élevée, malgré le taux de charges important dans ledit mélange.
Le mélange moussant injecté dans le moule de moussage 70 s’expanse de sorte à remplir l’entrefer 72 et à recouvrir la première face 62 et le bord 66 de la pièce intermédiaire 60.
Après réticulation du mélange moussant, la pièce 10 décrite ci-dessus est obtenue, comprenant une couche externe 26 de mousse polyuréthane.
La couche externe 26 assure, à la première face principale 12 et au bord 16 de pièce 10, une bonne résistance au lavage ainsi qu’une étanchéité à l’eau. Par ailleurs, la couche externe 26 peut contribuer à masquer d’éventuelles irrégularités du bord 66 de la pièce intermédiaire 60.
Selon un mode de réalisation, la couche externe 26 peut présenter un aspect grainé grâce à l’emploi d’un moule de moussage 70 présentant lui-même des surface internes grainées. Selon un autre mode de réalisation, la couche externe 26 peut présenter une couleur différente de celle du parement textile grâce à l’emploi de pigments ajouté au polyol au moment du moussage.

Claims (10)

  1. Pièce d’équipement (10) de véhicule automobile, comprenant un premier corps composite (20), ledit premier corps composite comportant une pluralité de premières fibres structurelles (36) et une matrice d’un premier polymère thermofusible (40) ;
    la pièce d’équipement comprenant : une première (12) et une seconde (14) faces principales opposées ; et au moins un bord (16) reliant lesdites première et seconde faces principales ;
    la pièce d’équipement étant caractérisée en ce qu’elle comporte en outre une couche externe (26) de mousse polymère formant la première face de ladite pièce d’équipement, ladite couche externe étant au contact du premier corps composite (20).
  2. Pièce d’équipement selon la revendication 1, dans laquelle la couche externe (26) est une mousse polyuréthane comprenant des charges choisies parmi la craie, la baryte, les argiles et leurs mélanges.
  3. Pièce d’équipement selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la couche externe (26) présente une densité comprise entre 1 et 2.
  4. Pièce d’équipement selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle la couche externe (26) forme au moins partiellement l’au moins un bord (16) de ladite pièce.
  5. Pièce d’équipement selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre un deuxième corps composite (22) et un écarteur (24) pris en sandwich entre les premier et deuxième corps composites.
  6. Pièce d’équipement selon la revendication 5, dans laquelle le premier corps composite comprend : une première couche composite principale (30) ; et une première couche composite de renfort (32), disposée entre la première couche composite principale et l’écarteur.
  7. Pièce d’équipement selon la revendication 6, dans laquelle la première couche composite principale (30) comporte la pluralité de premières fibres structurelles (36) et la première couche composite de renfort comporte une pluralité de deuxièmes fibres (44) unidirectionnelles.
  8. Pièce d’équipement selon l’une des revendications 6 ou 7, dans laquelle la première couche composite principale (30) comporte la matrice du premier polymère thermofusible (40) ; et la première couche composite de renfort (32) comporte une matrice d’un deuxième polymère thermofusible (45), chacun desdits polymères thermofusibles étant un polymère thermoplastique, préférentiellement un polypropylène.
  9. Pièce d’équipement selon l’une des revendications 5 à 8, dans laquelle le deuxième corps composite (22) comprend : une deuxième couche composite principale (30) ; et une deuxième couche composite de renfort (32), disposée entre la deuxième couche composite principale et l’écarteur.
  10. Procédé de fabrication d’une pièce d’équipement (10) selon l’une des revendications précédentes, comprenant les étapes suivantes : réalisation d’un empilement ; puis compression à chaud dudit empilement pour obtenir une pièce intermédiaire (60), ladite pièce intermédiaire comprenant le premier corps composite (20) ; puis formation de la couche externe (26) par surmoulage d’une mousse polymère sur le premier corps composite de ladite pièce intermédiaire.
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