Pièces automobiles en plastique : types, matériaux et fabrication

Les matières plastiques représentent environ 10 à 15 % du poids total des véhicules de tourisme, et cette proportion ne cesse d'augmenter. Un seul véhicule utilise plus de 13 types principaux de matières plastiques pour fabriquer des milliers de composants automobiles différents, tels que les panneaux de carrosserie, les garnitures intérieures, le système d'admission d'air et le pare-chocs. Cet article présente un aperçu des principales pièces en plastique utilisées dans l'automobile.

Pièces en plastique dans une voiture

Les pièces en plastique sont omniprésentes dans les véhicules de tourisme modernes, et ce, dans divers domaines clés tels que les garnitures intérieures et extérieures, les systèmes de transmission et les composants fonctionnels comme les tableaux de bord et les optiques de phares. Pour bien comprendre la diversité de ces applications et leur contribution à l'allègement des véhicules, il convient d'examiner leur emplacement et leur rôle.

Tableau de bord

Le tableau de bord est l'un des composants fonctionnels les plus importants et, structurellement, le système le plus complexe de l'habitacle. Fonctionnant de concert avec les sièges et les airbags pour assurer la sécurité des occupants, il doit répondre à des exigences élevées en matière de style, de qualité tactile (texture), de confort et de protection des occupants. On distingue deux types de tableaux de bord : les tableaux de bord rigides et les tableaux de bord souples, selon la texture de leur surface.

Les tableaux de bord automobiles sont majoritairement en plastique, leur rigidité variant principalement. Le plastique souple est le polyuréthane (PU), relativement léger et offrant d'excellentes propriétés d'absorption d'énergie et d'insonorisation. Le plastique rigide est le polypropylène (PP), comparativement moins cher. Les intérieurs des véhicules haut de gamme privilégient généralement le polyuréthane.

Nom	Source	Tolérance
Tableau de bord	PP/PU	± 0.005 ″

Capot du tableau de bord

La casquette du tableau de bord est fabriquée par moulage par injection à partir de matériaux tels que l'ABS, l'ABS/PC et le PP renforcé. L'ABS et l'ABS/PC peinent à satisfaire aux exigences strictes de résistance à la chaleur et sont plus coûteux que le PP renforcé, mais ils sont plus faciles à traiter en surface (peinture, chromage , etc.) pour répondre à des exigences esthétiques spécifiques. Le PP renforcé répond aux exigences de résistance thermique, mais sa personnalisation avec des traitements de surface spécialisés est complexe. Le choix du matériau implique un compromis entre les performances requises et le coût.

Nom	Source	Tolérance
Capot du tableau de bord	ABS	± 0.005 ″

Panneau de la console centrale

Le panneau de la console centrale, situé au centre du tableau de bord, influence directement l'aspect visuel global de ce dernier. Les constructeurs automobiles modifient fréquemment le style ou le traitement de surface de ce panneau pour refléter les mises à jour ou variations mineures des modèles. Cela exige une excellente maîtrise des traitements de surface personnalisés. Compte tenu de la nécessité d'une maintenance fréquente des composants électroniques ou de climatisation, il doit être facile à installer et à démonter, ce qui requiert une certaine robustesse. Lors de sa conception, le panneau de la console centrale est généralement fabriqué en ABS ou en ABS/PC, avec des finitions telles que la peinture ou le chromage.

Nom	Source	Tolérance
Panneau de la console centrale	ABS	± 0.005 ″

Compartiment à gants/Boîte

La boîte à gants sert principalement à ranger des objets et à protéger les genoux du conducteur. Son aspect doit être cohérent avec la ligne de caisse, nécessitant parfois un traitement extérieur supplémentaire. Les panneaux intérieur et extérieur de la boîte à gants sont généralement moulés par injection en polypropylène modifié (PP) ou en polycarbonate/ABS. Les véhicules haut de gamme utilisent souvent un flocage intérieur pour éviter que les objets rangés ne s'entrechoquent et ne génèrent du bruit pendant la conduite. Les accessoires de la boîte à gants, tels que les poignées, les axes de pivot, les loquets et les clips, sont souvent fabriqués en polyoxyméthylène (POM), un matériau résistant aux chocs et à l'usure.

Nom	Source	Tolérance
Boite À Gants	PP/PC	± 0.005 ″

Ensemble de ventilation

Le système de ventilation est composé d'ailettes de guidage avant et arrière, du corps du système, de volets d'amortissement et d'un commutateur rotatif. Les bouches d'aération de la climatisation automobile sont fréquemment réglées et exposées à des flux d'air chaud et froid alternés. Ceci exige des matériaux présentant une résistance élevée à la chaleur et aux chocs, une grande flexibilité (robustesse) et une excellente stabilité dimensionnelle. Les matériaux recommandés sont souvent le PA6 ou l'ABS/PC pour les ailettes, l'ABS ou le PP+T (PP chargé de talc) pour le corps du système, le PP+T pour les volets d'amortissement avec joint en EPDM, et des matériaux résistants à l'usure comme le POM ou le TPO pour le commutateur rotatif.

Nom	Source	Tolérance
Ensemble de ventilation	ABS / PP	± 0.005 ″

Système de panneaux de garniture de porte

Le panneau de garniture de porte se compose principalement d'un corps principal (substrat), d'un panneau d'insertion, d'un accoudoir, d'une baguette décorative, d'un vide-poches et d'une grille de haut-parleur. Le corps principal, véritable structure porteuse de l'ensemble du panneau, supporte tous les éléments fonctionnels et décoratifs. Il doit être suffisamment résistant et rigide pour conserver sa forme et éviter toute déformation. Le polypropylène (PP) est le matériau le plus couramment utilisé. Le matériau du panneau d'insertion est identique à celui du corps principal. Pour un confort optimal, l'accoudoir est généralement constitué de trois couches : une structure interne, une couche de mousse et un revêtement extérieur. Les baguettes décoratives, pour une harmonie visuelle parfaite, nécessitent un traitement de surface et sont le plus souvent en ABS. Les matériaux du vide-poches et de la grille de haut-parleur sont identiques à ceux du corps principal.

Nom	Source	Tolérance
Système de panneaux de garniture de porte	PP	± 0.005 ″

Bumper

Le système de pare-chocs, composé des pare-chocs avant et arrière, utilise le plus grand volume de plastique parmi les pièces extérieures d'une automobile, représentant environ 42 % de la consommation totale de plastique d'un véhicule. Le pare-chocs est un élément de sécurité conçu pour absorber l'énergie considérable générée lors d'une collision, minimisant ainsi les risques de blessures pour les occupants. Par conséquent, il doit satisfaire à une série de tests et de réglementations concernant ses saillies extérieures et sa résistance aux chocs. Par exemple, il doit pouvoir reprendre sa forme initiale après une collision à 9 km/h et résister aux impacts de gravillons. Le choix du matériau doit prendre en compte des propriétés telles que la durabilité, la dureté et la résistance. De plus, le matériau doit présenter des caractéristiques telles que l'absorption d'énergie, la résistance à la déformation et une bonne aptitude au moulage. Ainsi, le choix du matériau est crucial pour garantir le bon fonctionnement du pare-chocs.

Les pare-chocs avant et arrière sont généralement fabriqués en polypropylène (PP). Ce choix de matériau facilite la mise en œuvre et réduit les coûts, tout en garantissant au pare-chocs une élasticité et une capacité d'amortissement suffisantes, assurant ainsi une protection efficace des occupants. De plus, il permet de réduire la masse importante des pare-chocs métalliques, contribuant à l'allègement du véhicule.

Nom	Source	Tolérance
Bumper	PP	± 0.005 ″

Lentille de phare

La lentille du phare doit garantir la luminosité du phare lors d'une utilisation prolongée sans dégradation et protéger la source lumineuse. Cela exige un plastique présentant une excellente moulabilité, une transparence élevée et une dureté de surface suffisante. C'est pourquoi les plastiques optiques haute performance tels que le polycarbonate (PC) sont le matériau de choix pour la lentille du phare, grâce à leur haute résistance, leur résistance aux UV, leur robustesse et leurs excellentes propriétés de transmission de la lumière.

Nom	Source	Tolérance
Lentille de phare	PC	± 0.005 ″

Grille d'admission d'air

De nombreuses calandres de véhicules sont chromées, ce qui leur confère un aspect métallique prononcé, mais elles sont en réalité fabriquées en plastique. Les principales fonctions de la calandre sont le refroidissement du moteur et la gestion du flux d'air à l'avant du véhicule, ce qui impose des exigences élevées en matière de formabilité. L'ABS est un matériau couramment utilisé pour les calandres en raison de sa haute résistance aux chocs, de sa facilité de moulage et de son aptitude au traitement électrolytique.

Nom	Source	Tolérance
Grille d'admission d'air	ABS	± 0.005 ″

Types de plastiques utilisés dans l'automobile

Ces matériaux se répartissent principalement en deux catégories : les plastiques de base et les plastiques techniques. Leurs propriétés uniques déterminent leurs applications spécifiques dans les garnitures intérieures et extérieures, les systèmes de transmission et les composants structurels. La section suivante détaille les propriétés physiques, les caractéristiques de transformation et les principaux avantages de neuf polymères essentiels, dont le polyéthylène (PE), le polypropylène (PP), le polyamide (PA) et le polycarbonate (PC), illustrant ainsi l’utilisation précise des sciences des matériaux dans l’automobile moderne.

Polyéthylène (PE):

Le polyéthylène est un plastique cristallin obtenu par polymérisation de l'éthylène. Il présente de bonnes propriétés d'écoulement à l'état fondu. Le polyéthylène basse densité (PEBD) est produit par un procédé à haute pression et possède une faible cristallinité (45 % à 65 %). Il se caractérise par une bonne flexibilité, un allongement à la rupture élevé, une bonne résistance aux chocs et une bonne transparence. Le polyéthylène haute densité (PEHD) est produit par un procédé à basse pression et possède une forte cristallinité (85 % à 95 %). Il présente une résistance mécanique et une température de service plus élevées, ce qui le rend adapté au soufflage, au moulage par injection et à l'extrusion de divers objets tels que bouteilles, bassines, fûts, plaques, tuyaux et profilés.

Polypropylène (PP):

Il s'agit d'un polymère cristallin de faible densité et de bonne résistance à la chaleur. Ses propriétés sont similaires à celles du PE, mais il présente un taux de retrait au moulage élevé, une bonne fluidité à l'état fondu et une résistance à la fatigue exceptionnelle. Les produits obtenus possèdent de bonnes propriétés mécaniques, une rigidité et une dureté de surface élevées, et notamment une excellente résistance à la fatigue en flexion. Il peut supporter des centaines de milliers de cycles de pliage et de flexion sans défaillance, ce qui le rend particulièrement adapté aux charnières. Sa température de service à long terme peut atteindre 120 °C, et jusqu'à 150 °C en l'absence de contrainte extérieure. Il présente une faible absorption d'eau et une résistance chimique remarquable, supportant les acides, les bases, les sels et de nombreux solvants organiques polaires à une température inférieure à 80 °C.

Polychlorure de vinyle (PVC):

Divers additifs peuvent être incorporés à la résine PVC pour produire des pièces plastiques aux propriétés variées. Le PVC est un polymère amorphe ; à l’état fondu, sa stabilité thermique est faible, sa plage de températures de transformation est étroite et il peut corroder les moules. À basse température, le PVC a tendance à devenir rigide et cassant. Le PVC souple est couramment utilisé dans l’industrie automobile comme matériau d’étanchéité et de décoration.
Le polystyrène (PS) est un plastique incolore et transparent. Polymère amorphe, il présente une bonne fluidité à l'état fondu et se décompose difficilement, ce qui lui confère une bonne aptitude au moulage par injection. Ses propriétés mécaniques sont généralement moyennes, mais sa résistance aux chocs est faible. Il est susceptible de se rompre en cas de chute ou de choc violent. Les pièces en plastique doivent avoir une épaisseur de paroi uniforme, des angles arrondis au niveau des surfaces de jonction et éviter la présence d'inserts. Des contraintes résiduelles excessives dans les pièces en plastique peuvent entraîner un blanchiment et des fissures. Le PS possède un coefficient de dilatation thermique élevé. Les forces alternées de dilatation et de contraction peuvent provoquer des fissures au niveau des bases de jonction des pièces en plastique.

ABS (acrylonitrile butadiène styrène)

L'ABS est un plastique amorphe copolymérisé à base de styrène, de butadiène et d'acrylonitrile. Il présente généralement une meilleure ténacité que le polystyrène choc (HIPS) et de bonnes propriétés mécaniques globales. Sa fluidité à l'état fondu est modérée et il se moule facilement par injection. Son faible retrait au moulage garantit la stabilité dimensionnelle des produits. Sa température de service s'étend de -40 °C à 100 °C. Il possède une bonne stabilité chimique, une excellente imprimabilité, une bonne teinture, une bonne adhérence et de bonnes propriétés de galvanoplastie, ainsi que des caractéristiques acoustiques satisfaisantes, ce qui le rend idéal pour les boîtiers d'équipements audio. L'ABS est fréquemment utilisé pour la fabrication de divers accessoires automobiles et éléments de structure, tels que poignées, couvercles de phares, tableaux de bord, calandres et pièces décoratives traitées en surface par des procédés comme la galvanoplastie.

Polyméthacrylate de méthyle (PMMA)

Il s'agit d'un plastique amorphe très transparent, communément appelé acrylique. L'acrylique présente une faible dureté de surface, ce qui le rend facilement rayable par les objets durs. La fissuration sous contrainte environnementale est une autre faiblesse du PMMA.

Polyamide (PA)

Il s'agit d'un polymère cristallin multivarié, communément appelé nylon. Ce matériau est robuste, résistant à l'usure et à la fatigue, mais très absorbant. Il possède un point de fusion élevé et une plage de fusion étroite. Le matériau doit être parfaitement séché avant injection. En raison de sa faible viscosité à l'état fondu, des bavures et des filaments sont fréquents lors du moulage par injection. La température du moule influe sur la cristallinité. Les pièces en plastique présentent un taux de retrait au moulage élevé et fluctuant, et leurs dimensions peuvent être instables en raison de l'absorption d'humidité et d'autres facteurs. Le PA6 offre une bonne élasticité et une haute résistance aux chocs, mais une absorption d'eau plus importante. Le PA66 offre une haute résistance et une bonne résistance à l'usure.

Polycarbonate (PC):

Le polycarbonate (PC) est un polymère amorphe présentant une résistance exceptionnelle aux chocs et au fluage, ainsi qu'une bonne résistance au froid et à la chaleur. Il possède d'excellentes propriétés d'isolation mécanique et électrique, et une bonne transparence. Les produits moulés présentent un faible retrait, ce qui garantit une grande précision dimensionnelle. C'est le deuxième plastique technique le plus produit après le polyamide (PA). La résistance aux chocs du PC est 2 à 3 fois supérieure à celle du PMMA, et son fluage est environ 10 % inférieur. Le PC peut être utilisé durablement entre -100 °C et 300 °C, sa température de décomposition thermique est supérieure à 310 °C et il est auto-extinguible. À température ambiante, il résiste aux acides dilués et est relativement stable face aux alcools, aux huiles et aux sels, à l'exception du formaldéhyde.

Polyoxyméthylène (POM)

Il s'agit d'un polymère hautement cristallin doté d'excellentes propriétés physiques et mécaniques. Résistant à l'usure, à l'eau et à la corrosion, il présente une bonne stabilité dimensionnelle. Sa fluidité à l'état fondu est modérée, sa plage de fusion est étroite, il est très sensible à la chaleur et sujet à la décomposition. Le renforcement par des fibres de verre permet de réduire le retrait au moulage. Une exposition prolongée à l'air accélère le vieillissement. Sa température de service à long terme se situe entre -40 °C et 100 °C. Il présente une rigidité, une dureté et un module d'élasticité élevés, associés à une bonne résistance aux chocs. Sa résistance et sa rigidité spécifiques sont proches de celles des métaux, et il possède un faible coefficient de frottement et un faible volume d'usure, ainsi que d'excellentes propriétés autolubrifiantes.

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