Types de plastiques fréquemment utilisés dans la fabrication de composants automobiles et leurs méthodes de production
L'industrie automobile moderne ne dépend plus du métal comme matériau principal pour tous les composants. Les plastiques (polymères) sont devenus des matériaux essentiels grâce à leur légèreté, leur malléabilité, leur résistance à la corrosion et leur production de masse relativement économique. L'utilisation des plastiques contribue à réduire le poids des véhicules, ce qui se traduit par une consommation de carburant moindre ou une autonomie accrue pour les véhicules électriques. De plus, les plastiques permettent la conception de composants complexes, l'intégration de multiples fonctions dans une seule pièce et des améliorations du confort telles que la réduction des vibrations et du bruit.
Voici les types de plastique les plus fréquemment utilisés dans la fabrication des composants automobiles, ainsi que les méthodes de production couramment appliquées en usine.
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1) Polypropylène (PP)
Caractéristiques principales : léger, résistant aux produits chimiques, flexible, peu coûteux, facile à transformer.
Applications automobiles : pare-chocs, garnitures intérieures, panneaux de porte, boîtiers de filtre à air, protections de soubassement et divers clips/fixations. Le polypropylène (PP) est souvent modifié en PP chargé de talc pour une rigidité et une stabilité dimensionnelle accrues, ou combiné à des élastomères pour améliorer sa résistance aux chocs.
Méthode de production :
– Moulage par injection : des granulés de PP sont fondus puis injectés dans un moule haute pression. Convient aux pièces de haute précision et de grande finesse telles que les garnitures, les clips et les boîtiers.
– Thermoformage : les feuilles de PP sont chauffées jusqu’à ce qu’elles soient souples, puis mises en forme à l’aide d’un moule sous vide/presse. Cette méthode est couramment utilisée pour les panneaux de protection ou certains composants intérieurs relativement volumineux.
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2) Acrylonitrile Butadiène Styrène (ABS)
Caractéristiques principales : rigide, bonne surface, facile à peindre/finir, résistance aux chocs assez bonne.
Applications automobiles : tableaux de bord, garnitures intérieures, coques de rétroviseurs pour certaines pièces, grilles de ventilation et éléments esthétiques.
Méthode de production :
– Moulage par injection : l’ABS est très souvent transformé par injection car ce procédé permet de produire des surfaces lisses et des détails de conception précis.
– Placage/peinture post-traitement : de nombreux composants en ABS subissent des traitements supplémentaires tels que la peinture ou le plaquage électrolytique (par exemple, aspect chromé) pour leur donner un aspect haut de gamme.
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3) Polycarbonate (PC) et mélanges PC/ABS
Caractéristiques principales : le PC présente une résistance élevée aux chocs et une bonne stabilité dimensionnelle ; le PC/ABS combine la robustesse du PC et la facilité de mise en œuvre de l’ABS.
Applications automobiles : lentilles de phares, composants intérieurs nécessitant une résistance accrue, enjoliveurs et certaines pièces de montants ou de consoles.
Méthode de production :
– Moulage par injection : pour les lentilles et les composants de précision. Les lentilles de phares en polycarbonate nécessitent souvent un contrôle rigoureux du processus afin d’éviter les défauts optiques.
– Revêtement dur : les lentilles en polycarbonate sont généralement recouvertes d’un revêtement dur pour augmenter leur résistance aux rayures et aux UV, car le polycarbonate pur est relativement facile à rayer comparé au verre.
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4) Polyamide (PA / Nylon, par exemple PA6 et PA66)
Caractéristiques principales : résistance mécanique, résistance à la chaleur et à l’usure, et aptitude aux environnements mécaniques. Cependant, le nylon absorbe l’humidité ; il convient donc de tenir compte des variations dimensionnelles lors de la conception. Le nylon est souvent renforcé par des fibres de verre pour créer du PA-GF, ce qui accroît sa rigidité et sa résistance à la chaleur.
Applications automobiles : collecteur d’admission, couvercle de moteur, réservoir d’extrémité de radiateur, boîtier de thermostat, petits engrenages, connecteurs et composants du compartiment moteur.
Méthode de production :
– Moulage par injection : méthode la plus courante, notamment pour le nylon renforcé de fibres de verre. Ce procédé nécessite un séchage préalable du matériau, car le nylon est hygroscopique (il absorbe l’eau), et l’eau peut provoquer des défauts.
– Surmoulage : le nylon est parfois combiné à un élastomère dans un processus d’injection en une seule étape pour produire une zone d’étanchéité unifiée.
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5) Polyéthylène (PE : PEHD/PEBD)
Caractéristiques principales : résistance chimique, résistance aux chocs, facilité de mise en forme pour les pièces creuses.
Applications automobiles : réservoirs de fluides (réservoirs de lave-glace), conduits simples, protections et, dans certaines applications spécifiques de réservoirs.
Méthode de production :
– Moulage par soufflage : des granulés de polyéthylène sont fondus pour former une paraison (tube de plastique chaud), puis soufflés dans un moule jusqu’à adhérence aux parois, formant ainsi une pièce creuse. Ce procédé est particulièrement efficace pour les réservoirs et les cuves.
– Moulage rotationnel (rotomodage) : la poudre de PE est chauffée dans un moule rotatif pour créer des composants creux à parois épaisses ; plus lent, mais adapté à certaines formes et aux séries de production de taille moyenne.
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6) Polyuréthane (PU)
Caractéristiques principales : formulation très flexible ; peut se présenter sous forme de mousse souple, de mousse semi-rigide ou d’élastomère solide. Possède de bonnes propriétés d’amortissement des vibrations.
Applications automobiles : mousse de siège, appuie-tête, accoudoirs, mousse de volant, isolateurs NVH (bruit, vibrations, rudesse), et certains joints et roulements.
Méthode de production :
– Moussage (réaction chimique) : Le polyuréthane est généralement fabriqué par la réaction de deux composants (polyol et isocyanate) pour produire de la mousse. Le mélange est coulé ou injecté dans un moule, où il se dilate et durcit.
– RIM (Reaction Injection Molding) : un procédé d'injection réactive permettant de produire des pièces avec de meilleures finitions de surface et un contrôle dimensionnel plus précis, souvent utilisé sur des composants semi-rigides.
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7) Chlorure de polyvinyle (PVC)
Caractéristiques principales : peut être rendu flexible, résistant aux intempéries, convient au revêtement et à la protection.
Applications automobiles : revêtements de faisceaux de câbles, sous-couches, certains revêtements intérieurs et garnitures flexibles.
Méthode de production :
– Extrusion : le PVC est fondu et poussé à travers une filière pour créer des profils longs tels que des gaines de câbles ou des garnitures.
– Calandrage/lamination : pour fabriquer des feuilles/peaux qui sont ensuite laminées sur un support (par exemple, des panneaux intérieurs).
Remarque : l’utilisation du PVC est parfois limitée par des considérations environnementales et certaines réglementations, c’est pourquoi certains fabricants se tournent vers des matériaux alternatifs pour certaines applications.
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8) POM (Polyoxyméthylène / Acétal)
Caractéristiques principales : faible frottement, stabilité dimensionnelle, grande résistance, convient comme « plastique technique » pour les mécanismes mobiles.
Applications automobiles : petits engrenages, mécanismes de verrouillage, poignées, certains composants de systèmes de ceintures de sécurité et pièces nécessitant un glissement.
Méthode de production :
– Moulage par injection : permet de produire des composants de précision aux surfaces lisses et aux tolérances serrées. Le POM est souvent choisi pour remplacer le métal dans les mécanismes nécessitant une faible usure.
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9) PET et PBT (polyester technique)
Caractéristiques principales : stabilité dimensionnelle, bonne résistance à la chaleur, bonnes propriétés électriques (importantes pour les connecteurs). Le PBT est fréquemment utilisé pour les composants électriques.
Applications automobiles : connecteurs électriques, boîtiers de capteurs, composants dans des zones nécessitant isolation et résistance à la chaleur.
Méthode de production :
– Moulage par injection : très courant, souvent avec renforcement en fibre de verre pour une résistance accrue. La maîtrise de la température de procédé est essentielle pour une cristallisation et des propriétés mécaniques optimales.
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Principaux procédés de production des plastiques automobiles (résumé)
Outre les explications relatives à chaque matériau, plusieurs méthodes de production constituent l'épine dorsale de la fabrication des composants automobiles en plastique :
1. Moulage par injection : méthode la plus rapide et la plus courante pour les formes complexes ; adaptée aux grands volumes.
2. Moulage par soufflage : supérieur pour les composants creux tels que les réservoirs et les cuves.
3. Extrusion : pour les produits longs tels que les tuyaux, les profilés de finition et les revêtements de câbles.
4. Thermoformage : formation de feuilles de plastique pour des panneaux relativement grands.
5. JANTE et moussage : pour les composants PU (mousse de siège, amortisseurs).
6. Surmoulage/moulage par insertion : combinaison de plastique avec du métal (insert) ou avec un élastomère pour l'étanchéité/la prise en main dans un seul composant.
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Clôture
Dans l'automobile, les plastiques ne sont pas de simples substituts moins coûteux aux métaux, mais des matériaux techniques permettant de concevoir des véhicules plus légers, plus silencieux, plus résistants à la corrosion et plus faciles à produire en série. Le polypropylène (PP) est omniprésent dans les habitacles et les pare-chocs, l'ABS et le PC/ABS excellent en termes d'esthétique et de robustesse, le nylon domine les compartiments moteur, le polyéthylène (PE) est fiable pour les réservoirs creux, le polyuréthane (PU) est essentiel au confort des sièges, tandis que le POM, le PBT et le PET sont largement utilisés pour les composants mécaniques et électriques de précision.
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