protection des véhicules contre les chocs à faible vitesse

3/8/2015 Protectiondesvhiculescontreleschocsfaiblevitesse.Annexe2

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PLASTIQUESETCOMPOSITESDANSLESVEHICULESRENAULTDocuments

DE/DEMAT/0854B.DELACROIXP.ROUBINETLe19mai1990

ProtectiondesvhiculescontreleschocsfaiblevitesseAnnexe2

LESPOUTRESDEPARECHOCSENCOMPOSITE

1AVANTAGESDESCOMPOSITES

Lesprincipauxavantagesqueprsententlescompositessontlessuivants:

1. offriruneinfinitdecombinaisonsdanslechoixdesconstituants,deleursproportions,etdeleursrpartitions,pourobtenirainsidesmatriaux"lacarte"adaptschaquetyped'application,

2. permettreunallgementdeslmentsconcerns,3. prsenterunecapacitd'absorptiond'nergieenphaselastiquesuprieurecelledesmtaux.

Lapossibilitd'intgrerplusieursfonctionsdansunemmepicemoulableenuneseuleoprationdoittreexploiteaumaximumpourtrecomptitifsurleplandesprix.

Ilexisteunventaildeprocdsdefabricationquipermetdeproportionnerlesinvestissementsl'importancedelasrie.

2DESMATERIAUX"ALACARTE"

Lesmatriauxcompositesencoursdedveloppementdansl'automobilesontprincipalementceuxconstitusdematiresplastiquesassociesdesfibresdeverre.Lespropritsobtenuessontfonctiondeladispositiondesfibresetdeleurproportionenvolume(figurejointe)

Ondistinguetroisgrandescatgoriesdecompositesverrersine:

lesprmlangesavecfibrescourtes(TPA,BMC,...)dontlespropritsmcaniquessontfaibles(notammentlarsistanceauchoc),maisquisontaptesaumoulagedepicescomplexesparinjectionlesstratifisavecfibreslongues(TRE,SMC,...)adaptsaumoulageparcompressiondepicesdegrandesurfaceetdefaiblepaisseur,avecdebonnespropritsmcaniqueslescompositeshautesperformancesavecdesfibrescontinuesunidirectionnelles,moulablesparenroulement,parpultrusionouparcompression.



Quandlesfibresprsententuneorientationprfrentielleonpeutremarquerquelespropritssontanisotropesetilestimportantd'entenircomptedanslecalculdespices.

Laprsencedefibresdeverrerduitlecoefficientdedilatationdesplastiques(voirfigure)etamlioreleurtenueentemprature.

Plusieurstypesdestructurepeuventtreassocispourraliserunepiceoptimiseenfonctiondespropritsdsires.C'estlecasduprimprgnorienthautersilience(OHR)dveloppparRENAULTpourlemoulagedesboucliers(voirfigure)

Lescompositesoffrentainsiunnombredecombinaisonsthoriquementinfini,maisquisetrouveenfaittrslimitquandonfaitl'inventairedestechnologiesactuellementapplicablesl'automobilepoursatisfairelafoislesdesideratad'aspect,d'allgement,deperformances,dequalitetdeprix.

3LESPARECHOCSETBOUCLIERS

Danslecasdeslamesdeparechocs,l'intrtdescompositescomportantunearmatureenfibresdeverre(SMC,TRE)estmisenvidencedansletableaudecomparaisonavecl'acier(voirtableau)

Audeldelaphaselastiquel'aciercontinud'absorberdel'nergie,maisavecdesdformationspermanentes.Quantauxcomposites,ilsontdescomportementsdiffrentssuivantqu'ilspossdentdesrenfortscontinusounon(figurejointe)

EnprincipetouteslescatgoriesdecompositespeuventavoirunematricethermodurcissableouthermoplastiqueJusqu'prsentlesstratifisetlesunidirectionnelsontprincipalementtdveloppsavecdesrsinesthermodurcissablesmaislescompositesmatricethermoplastiquecommencentarriver.

Lesboucliersintgrentlesfonctions:parechocs,jupe,spoiler,logementdesfeux,plaquedepolice,ouiesderefroidissementmoteur,arodynamisme,etoffrentunelibertdestyleinconnueauparavant.

4LESPREIMPREGNESVERREPOLYESTER(SMC)

Depuis1970,laRgieRENAULTadvelopplesprimprgnsverrepolyester(SMC)aveclesboucliersdeR17,R5,R14,FUEGO,MASTER(RVI),R18,R25,EXPRESSetR21(lameavant)LeSMCestprincipalementmoulparcompressionlapressechaud(voirfigure)

Pouraccrotrelesperformancesauxchocsdesboucliersetautreslmentsdeprotection,l'armatureenverreEduprimprgncomporte,enplusdesfibrescoupes,desfilscontinusorientsdanslesensdesplusgrandessollicitations(OHR)(voirfigure)

L'amliorationdespropritsdanslesenslongsefaitplusoumoinsaudtrimentdecellesdanslesenstravers(voirfigure)

Desrupturesparcisaillementinterlaminairerisquentderduirelesperformancesauxchocssiletauxdeverreunidirectionnelesttroplev.Laproportionoptimumestenviron1/5defibrescontinuesorientespour4/5defibrescoupes.

Lesrenfortscontinusdoiventtredispossdeprfrencedansl'meduprimprgn.Ilssontainsi



sollicitsentractionouencompressiondanslespoutressoumisesdeschocs,sansgnrerdefissuressuperficiellesdansleszonesd'impact,lesquellessubissentdescontraintesdeflexionetdecisaillementlocalises.

L'associationdestratifisetd'unidirectionnels(ex:SMC+RUP)estintressantepourlespicestravaillantes,etnotammentpourlespoutresdeparechocs(R25USA,ALPINEGTAUSA,AVR21USA,AVR21Europe),conditiondematriserlaproportion,lapositionetl'orientationdesfibres.Cettematriseestobtenueenadaptantlaconceptiondesmoulescettenouvelletechnique(voirfigure)

5LESCOMPOSITESAMATRICETHERMOPLASTIQUE

LesThermoplastiquesRenforcsEstampables(TRE)apparaissentcommedesmatriauxintressantdedveloppercarilsoffrentdenombreuxavantagescommunsauxprimprgnspolyester(SMC)telsque:

l'allgement,uneassezbonnerigidit,unebonnetenueauxpetitschocs,l'absencedecorrosion,unmeilleurconfortacoustique(pasdebruitdetle)unelibertdeforme(style,intgrationdefonctions)...

Acesqualitsilconvientd'ajoutercellespropresauxthermoplastiquesquipermettent,entreautres:

lecomoulage(ex:2TREdiffrentsmoulssimultanment)lesurmoulage(ex:TRE+moquette,sandwichTRE/mousse/TRE)lepostformage(oprationsenreprise,dcoration,...)lesoudage(nombreuxprocdsd'assemblage)lerecyclagedesdchetsdefabricationetdespaves.

I1restetoutefoisrsoudredesproblmesd'tatdesurface.

LamiseenoeuvredesTREs'apparentecelledesSMC.Aulieud'introduiredelamatirefroidedansunmoulechaud,c'estdelamatirechaudequiestintroduitedansunmoulefroid(voirfigure)(lanotionfroidchaudtanttouterelative)Lapressiondemoulageestenvirondeuxfoisplusleve,maisletempsdecycleestdeuxfoispluscourt.

I1existedespoutresdeparechocsenTREsurquelquesvhicules:

AVPEUGEOT309,AVetARLUMINAGM(USA),..

LesessaiseffectuschezRENAULTontmontrquepourobtenirdesperformancesauxchocsquivalentesauxSMC,ilfallaitaccrotrelespaisseurs(voirexemple:AV54),(voircomparaisondespropritsmcaniques).

6CASDESCOMPOSITESAHAUTESPERFORMANCES(HP)

Pourquedescompositesprsententdehautesperformancesilfautrunirlesconditionssuivantes:

desfibresadaptesl'applicationenvisage(verreE,verreR,carboneHR,carboneHM,aramide,...),untauxvolumiquedefibreslev(5070%),unematrisedel'orientation,deladistribution,etdel'quitensiondesfibres,



unematriceassurantdefaonpermanentelabonnecohsiondel'ensemble(bonnetenueen:temprature,humidit,abrasion,lumire,fatigue,...)

LesprocdspermettantderaliserdespicesencompositesHPsontprincipalement:

6.1Ledrapage.6.2L'enroulementfilamentaire.6.3*Lapultrusion.6.4*Lacompression/RUP

Ceuxmarqusd'unastrisquesontapplicableslagrandesrie.

6.1LEDRAPAGE

Dansleprocddemoulageaucontact,lesoprationsd'imprgnation,dedrapage,etdecompactage(dbullage),sontfaitessimultanment.Maisquandonutilisedesrenfortsprimprgns,lemoulagen'estplusquedudrapageetducompactage.

Ledrapagesefaitgnralementdansunmoulefemelleenvitantlaformationdeplis.

Lecompactageconsistetirerlevideentrelemouleetunemembranedformable("moulageausac")Ledgazagepeuttreamliorparl'interpositiond'untissudedrainageentrelecompositeetlamembraneformantcontremoule.

Lapolymrisationenautoclavepermetd'appliquerunepressionplusleve(315bars)etdeprogrammerlatemprature.

Cettetechniqueperformante,utilisedansl'aviation,esttropchrepourl'automobile.

6.2L'ENROULEMENTFILAMENTAIRE

C'estunprocdutilisprincipalementpourlemoulagedecorpscreuxtelsquedesenveloppesdefuse,desciternes,dessilos,etdestuyauxdegranddiamtre.I1consisteenroulerdesmchesdefibresimprgnesdersineautourd'unmandrinreprsentantlaformeintrieuredelapice.Aprscuisson,ilfautextrairelemandrinquiestrcuprable(mandrindmontable)ouperdu(mandrinenmatirefusible,solubleoufriable)

I1existedesmachinesperfectionnespermettantl'enroulementdemchesprimprgnes,suivantunprogrammeprtabli,avecuncontrledelatensiondesfilaments.

Nousavonspuraliserdeslamesdeparechocsetdespoutresdescuritexprimentalesparenroulementlamain.Voirphoto:InsertenenroulementfilamentairedansmoussePUtenantauxchocs15km/h>

6.3LAPULTRUSION

Lapultrusionestunprocddefabricationencontinudeprofilsencomposite(voirfigure)

Leprincipeenestlesuivant:

unearmatureenfibres(verre,carbone,...)estimprgnepardelarsinethermodurcissable



(polyester,vinylester,poxy,...)avantouaprssonintroductiondansunefilire,lafilireestchauffedefaonpolymriserlarsinependantsonpassage,unepartieaumoinsdesfibresconstituantl'armaturesontcontinuesetalignesdanslesenslongitudinal,defaontransmettreversl'amontleseffortsdetractiondubancdetirageplacenavaldelafilire(d'olenomde"pultrusion",topull=tirer,enanglais)lesprofilsainsiformssontensuiteautomatiquementcoupslalongueurdsire.

Lesmatireslesplusutilisessontlesfibresdeverreetlesrsinespolyestersinsatures.Lesfibresdecarboneetlesrsinespoxydes(ainsiqued'autresmatireshautespropritsetniveaudeprixlev)sontrservesauxraresapplicationsolebnficedel'allgementestsuffisammentimportant.

Desrecherchesconcernantleprocd(pultrusioncourbe,pultrusionthermoplastique)etdesexpriencesd'applicationsautomobiles(parechocs,renfortsdeporte,tubesabsorbeursd'nergie,corniresdebatterie,traverses)ontteffectuesavecsuccs,maisn'ontpastsuiviesdedveloppement(libertdedessintrslimite)

LesrsultatslesplusspectaculairesonttobtenussurlespoutresdeparechocsARR18USAetARFUEGOUSA.Voirphoto:EssaisurARFuegoUSAd'unepoutrepultrudetenantauxchocs8km/h.>

L'effortdedbutrupture,suivantl'essaideflexion(ME1230)appliquhabituellementsurlesparechocsetboucliers,apresqueatteint4000daNaveclespoutrespultrudes,tandisqu'ilresteaudessousde1000daNaveclesboucliersenSMC.

6.4LACOMPRESSIONSURRUP

Pourlafabricationensriedelamesderessortencomposite,nousavonsmisaupointunprocddecompressionchaudpartird'bauches.

Cesbauchessontobtenuesenassemblantplusieursbandesderenfortsunidirectionnelsprimprgns(RUP)verrepoxy.Lamiseenformeesttermineparlafermeturedelapresse,laquelleestpiloteparunmicroprocesseur.Letempsdecuissonestfonctiondelatempraturedumoule,del'paisseurdelalameetdelaractivitduprimprgn.Unepostcuissonl'tuveamlioreensuitelespropritsthermomcaniques.

Outredeslamesderessorts,nousavonsralisdesbrasderoue,etdesrenfortsdeporte,selonceprocd.

Despoutresrenfortsdeparechocscompactespourraienttregalementainsifabriques.Danscecasleprogrammedecalcul"LAME"seraitapplicable.

7DIFFERENTSTYPESD'ENDOMMAGEMENT

Pourleconstructeurautomobilelecomportementauxchocsdesvhiculescomprendtroisvolets:

1. L'absorptiondespetitschocsdansledomainelastiquesansdommagesapparents.Lesplastiquesetlescompositesprsententiciunavantage.

2. L'absorptiondesgrandschocspardestructiondespartiesavantouarriredesvhiculesdefaonconserverunespacedesurviedansl'habitaclecentral.

3. Lanonfragmentationendbrisagressifspourlespersonnessituesl'intrieuretl'extrieur



duvhicule(doncpasdeBMCdontlaruptureestdutypefragile).

Audeldelalimitelastique,lescompositesverrersinecontinuentd'absorberdel'nergiepardlaminage,dcohsionverrersine,fissurationdelamatrice,etrupturedesfibres.

Danslamesureocesdiffrentstypesd'endommagements'effectuentencascadedansl'ordrecidessus,onobtientdesrsultatsspectaculaires(ex:blindages,giletspareballes,...)Lesrupturespardlaminagepermettentdedissiperdel'nergiedansunelargezoneautourdupointd'impact.Cecomportementestobtenuavecdescompositesstratifisouunidirectionnelsdontlesliaisonsfibres/matricesontrelativementfaibles.

Desrupturesencascadepeuventgalementtreobtenuesavecdescompositescomportantunearmaturehybridetellequestratifi+renfortunidirectionnel(SMCOHR,SMC+RUP,pultruds)et/oulajuxtapositiondefibresdiffrentes(ex:verre+carbone,carbone+aramide,...)

Lesapplicationsdecesmatriauxdansl'automobilesontlespicesdevantremplirunefonctiondescuritpassivedansleschocsgrandevitessetellesque:absorbeurdechocfrontal(R5ALPINETurbo),renfortdeporte,volantdedirection,colonneettubededirectionetdanslefutur,deslmentsdestructure,etpourquoipasunestructurecomplteoleszonesfusiblesseraientchoisies.

Laruptureparcisaillementserencontrequandlebouclierreposesurdescontrelamesmtalliquesrigidesdisposesdanslazoned'impactaulieud'absorbeurs(exemple:modificationsurAVetARR18)

EncequiconcernelesboucliersenSMC,lesdiffrentstypesd'endommagementrencontrsaprsdeschocsplusoumoinsviolentssontreprsentssurlafigurecijointe>.C'estlarupturepartractiondubordsuprieurquiestlamoinsacceptable.Pourl'viterilestimportant:

debiencalculerlebouclier,d'utiliseruncompositerenforclongitudinalement(SMC/OHRouSMC+RUP),d'optimiserlesconditionsdemoulage(tauxderecouvrementdel'bauche>50%,matrisedupositionnement,pasdecontrefluageverslecentre,...)

Lesautrestypesd'endommagementssontprogressifs,enabsorbantbeaucoupd'nergie.Ilspeuventfairel'objetderetouchesd'aspectlecaschant.

8POTENTIELD'AMELIORATIONS

DanslecasdespoutresdeparechocsenSMCouTREdissimulesderriresdesfaadesdebouclierssouples,lesproblmesd'aspectetdevieillissementsontmoinsimportants.I1estdoncpossibled'augmenterletauxdefibrescontinuesunidirectionnelles(accroissementdesperformancesourductiondespaisseurs),etderduirecertainsadjuvantschers(pigments,antiUV,...)

EncequiconcernelesSMC,l'augmentationdelalongueurdesfibrescoupes(50mmaulieude25)etlechoixd'unensimagepeusoluble,amliorentlespropritsmcaniques.Labaissedemoulabilitestavantageusementcompenseparunplusgrandtauxderecouvrement(0,55



I1atdmontr,lorsd'unecampagnedemoulagedeboucliersAVR5USADREUX,qu'enamnageantlestablesdeprparationdesbauches(drageoirs,poinonnagedetrouspilotes,...)etlesmoules(jecteursenpositionhautependantlechargement),onobtenaitunemeilleurematrisedupositionnementdesbauches.Cettetechniquedevraittreassocieunchargementautomatiquedelamatiredanslesmoules,afind'assurerunemeilleurereproductibilitetunerductiondutauxdepicesloupes(plusdeglissementaccidenteld'bauchependantlafermeture)

L'espoird'obtenirunemeilleurematrisedelamatireetduprocesspermetd'envisagerunerductiondutempsdecyclesouspresse:

Exemple:PoutreAVX48ph2(p.4l0mm) 1989 1990 1991dureducycledemoulagedontcuissonpresseferme

150s90s

110s80s

90s70s

Unnouvelaccroissementdeproductivitseraenregistrquandlespressesserontenfinpilotesparunlogicield'AutoContrledelaCuisson(ACC,brevetRENAULTdjexprimentplusieursrepriseavecsuccsDREUXdepuisunevingtained'annes)

LeTREdevraitgalementbnficierd'amliorationscomparablescellesdesSMC(actionsplanR)

P.ROUBINETB.DELACROIX

ArchivagePR:fichierWorld2000ProtectChAnx2.doc,avril2002ConversionenfichierHTLMenavril2012

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