Assemblage de composites thermoplastiques

La nouvelle vis FLOWpoint Delta PT combine les attributs de deux conceptions de fixations éprouvées, la vis Delta PT pour l'assemblage de plastiques et la vis perforatrice FDS pour l'assemblage de tôles. Photo gracieuseté de Semblex Corp.

La meilleure option pour fixer du plastique contenant du verre, du talc ou d'autres charges est généralement une vis autotaraudeuse, comme la Delta PT. Photo gracieuseté de Semblex Corp.

Les inserts filetés sont une autre option pour la fixation de composites thermoplastiques. Toutefois, la taille des trous recommandée peut devoir être augmentée, en fonction de la teneur en matière de remplissage du matériau. Photo gracieuseté de SPIROL International Corp.

Les soudeurs à ultrasons sont plus que capables de souder du plastique chargé. En fait, 10 à 20 pour cent de charge peuvent réellement faciliter le processus en rendant le matériau plus rigide. Photo gracieuseté de Branson Ultrasons

Les plastiques et les composites polymères sont aujourd’hui essentiels à une large gamme de pièces de sécurité et de performance dans les voitures. En fait, l’utilisation de composites plastiques et polymères dans les véhicules légers est passée de moins de 20 livres par véhicule en 1960 à 334 livres par voiture en 2015.

Un matériau tel que le nylon 66 avec 33 % de renfort en fibre de verre est utilisé dans une myriade d'assemblages automobiles, notamment les collecteurs, les capots de moteur, les cartouches en carbone, les supports de moteur, les leviers de vitesses et les réservoirs de radiateur.

Malheureusement, les charges qui ajoutent de la solidité, de la rigidité et de la résistance à la chaleur aux pièces en plastique donnent aux ingénieurs des éléments supplémentaires à prendre en compte lors de la planification du processus d'assemblage.

Il existe de nombreuses technologies pour souder des pièces en plastique : ultrasons, vibrations, rotation, plaque chauffante, infrarouge et laser. Ils peuvent tous rejoindre des plastiques renforcés de fibres de verre, de talc, de mica ou d'autres charges. La méthode à utiliser dépend du plastique ; le type et la quantité de charge ; la taille et la forme des pièces ; et les conditions de candidature.

Quel que soit le processus, les matériaux chargés nécessitent généralement « plus de temps, plus de pression et plus d'énergie », explique Jason Barton, directeur national des ventes et du marketing chez Dukane Corp. « Les matériaux semi-cristallins ont tendance à nécessiter un peu plus. »

Cela peut poser un problème lors de l’utilisation du soudage par ultrasons ou par vibration. Une amplitude trop importante peut fissurer ou affaiblir les zones distales des pièces.

La conception des pièces est un autre problème. Lors du soudage de plastiques contenant des charges, c'est une bonne idée d'augmenter la quantité de matériau à l'interface du joint. « Habituellement, vous avez besoin de plus de surface de soudure avec un matériau chargé qu'avec un matériau vierge », explique Barton.

Dans la mesure du possible, les ingénieurs préfèrent utiliser les ultrasons pour souder des pièces en plastique, en raison de leur rapidité et de leur économie.

« Nous soudons constamment des plastiques chargés », explique Sophie Morneau, directrice mondiale du développement d'applications Emerson chez Branson Ultrasons. « En fait, 10 à 20 % de charge peuvent réellement faciliter le soudage par ultrasons en rendant le matériau plus rigide, ce qui contribue à transmettre les vibrations au joint de soudure. Plus le matériau est mou, plus il absorbe les vibrations.

D’un autre côté, trop de mastic peut nuire à la soudure. « Si vous avez trop de fibres, vous n'aurez pas un bon mélange du plastique à l'interface de la soudure, donc obtenir un joint hermétique peut être un problème », explique Morneau. "Avec un contenu de remplissage supérieur à 30 %, vous pouvez commencer à voir des problèmes."

Une autre considération est que les charges, en particulier la fibre de verre, peuvent être abrasives. Les cornes à ultrasons peuvent nécessiter un revêtement protecteur pour éviter une usure prématurée.

Lorsque les pièces sont trop grandes, trop complexes ou trop résistantes pour le soudage par ultrasons, d’autres procédés prennent le dessus. L’un d’eux est le soudage par vibration. En fait, certaines preuves suggèrent que les vibrations pourraient aider à entrelacer les fibres à l'interface de la soudure et ainsi augmenter la résistance des joints.

Lorsque vous utilisez le soudage par vibration pour assembler des matériaux chargés, le cordon de soudure (la zone de la pièce qui fond pendant le processus) doit être plus large et plus haut que la normale, conseille Kevin Buckley, responsable des applications techniques d'Emerson chez Branson Ultrasons. « Si les parois de la pièce ont une épaisseur de 2 millimètres, il faut faire un cordon de soudure de 2,5 millimètres », précise-t-il. "Si elle est égale à l'épaisseur de la paroi, vous pouvez vous attendre à 90 % de la résistance du matériau d'origine."