Brevet FR2230491A1 — publié le 19741220

L'invention a pour objet un procédé de fabrication ou production d'articles, plus particulièrement d'articles tubulaires coniques, réalisés dans un matériau ou tissu préimprégné complètement de résine, comportant des fibres daj sa texture. Le tissu préimprégnd est obtenu à partir de fibres tenues de verre, graphite, bore, nylon ou autres matériaux, trempées dans un bain de résine liquide chauffé ensuite dans une étuve de façon à réticuler partiellement la résine, Jusqu' ce que la résine atteigne le degré B de rèticulation. A ce degré de réticulation, on a un tissu semi-rigide, utilisable pour la fabrication d'éléments tubulaires en plastique renforcé par les procédés utilisés couramment par les fabricants d'éléments, tels que les cannes à puche, les manches de clubs de golf, les b#tonsde ski, les queues de billard, les percales de saut à la perche, etc.... Dans ce qui suit, l'invention est décrite titre d'exemple dans le cas de la fabrication de manches de clubs de golf, mais il est évident qu'elle est applicable à la réalisation de tous autres objets tubulaires, y compris les articbs coniques. Diverses firmes produisent commercialement depuis 1945 des tissus de verre imprégnés. Des materiaux plus récemment commercialisés comportent des fibres de graphite et de bore. Un tissu de fibres de graphite préimprégné a été mis slz le marché depuis déjà quelque temps mais son emploi a été limité du fait de son prix élevé qui toutefois n'a pas empêche son utilisation commerciale pour plusieurs produits dans lesquels ses propriétées physiques extraordinaires sont particulièrement mises à profit, par exemple dans les manches de clubs de golf. La limite élastique des fibres de graphite est d'environ 220 hectobars, c'està-dire 5 fois celle de l'acier ordinaire.Dans le tissu de verre préimprégné les fibres peuvent ere orientées diversement; une orientation unidirectionnelle est la plus courante: les fibres sont alors toutes alignées dans la mêDe direction, ce qui limite leur résistance mécanique, Ces tissus sont disponibles sur le marché aous forme de rouleaux. Souvent les fibres sont orientées suivant deux directions bien différentes, dans le rapport 90-10 5', avec 10 0A des fibres en travers. Le rapport peut aussi entre de 80-20 0,b' ou 70-30 ,#, etc La conception d'objets en matériaux du type tissu préimprégné prend en compte la direction des fibres, c'est - à - dire l'orientation des fibres dans le matériau.Par exemple, les cannes à pêche sont réalisées dans un matériau à deux-orientations dans le rapport 80-20 % , avec 80 % fibres orientées longitudinalement afin d'assurer une bonne résistance à la flexion, la résistance #'la torsion et à l'écrasement étant le fait des 20 % de fibres orientées transversalement. Les flèches sont géneralement réalisées dans un matériau unidirectionnel, enroulé en spirale ou en hélice, de façon à assurer une résistance maximum à la déformation, tout en conservant une bonne résistance à l'écrasement et à la torsion. Certains matériaux préimprégnés sont réalisés dans des largeurs aussi faibles que 1,5 mm. Ce matériau est appelé Roving. Le Roving est utilisé chaque fois que la spirale ou l'hélice sont les formes les mieux adaptées pour obtenir les caractéristiques désirées. Certaines queues de billard et certains manches de club de golf sont faits de roving enroulé en hélice de façon à obtenir la forme désirée. On arrive ainsi à combiner rigidité en torsion et flexion. Dans tous les cas, on enroule en spirale le matériau préimprégné autour d'un noyau ou mandrin dont la forme est celle de l'intérieur de l'objet fini. Le mandrin est retiré après que l'objet ait été terminé. La présente invention est basée sur un procédé nouveau et unique, procédé dans lequel l'orientation des fibres ea ajustée et contrôlée, ce qui a pour effet d'améliorer les caractéristiques du matériau obtenu quant à sa résistance à la flexion et à l'écrasement, ainsi qu'à la déformation et la torsion. Le premier objet de l'invention est un procédé permettant d'obtenir ces améliorations et le produit en résultant. Un autre objet de l'invention consiste dans un procédé, permettant d'obtenir lesdites améliorations, et dans lequel des rubans ou bandelettes de matériau préimprégné sont découpes dans une bande de tissu, de façon que la direction des fibres fasse un angle déterminé avec les directions des bords des bandelettes. Le ruban est alors enroulé autor d'un mandrin, en orientant les fibres d'un angle choisi par rapport à la longueur de l'objet réalisé. > ;nvention a encore pour objet un procédé dans lequel les fibres sont orientées substantiellement à 250 de la lisière des bandelettes ou ruban. L'invention sera mieux comprise et ses avantages deviendront plus apparents à la lecture de la description qui suit, et en se reportant aux figures, parmi lesquelt-es: la fig. 1 montre une bande de matériau préimprégné, d'environ 60 cm de large, obtenu par réunion de bandes plus étroites, de tissu préimprégné, par exemple de 7,5 cm de large( la figure n'est pas à l'échelle) la fig. 2 montre comment sont découpés dans la bande de la fig. 1 les rubans ou bandelettes de façon que les fibres soient inclinées par rapport aux bords du ruban la fig. D montre l'enroulement, de l'un des rubans la fig. 2 autour d'un mandrin tubulaire la fig. 4 montre le ruban de la fig. 3, complètement enroulé sur le madrin;; la fig. 5 montre un autre type d'enroulement du ruban sur le mandrin, les fibres ici étant orientées d'un angle opposé à celui de la fig. 5 la fig. 6 montre le mandrin, après enroulement d'un ruban suivant la fig. 3 et enroulement d'un ruban suivant la fig. 5 la fig. 7 montre l'enroulement', sur le mandrin de -la fig. 6, d'un ruban supplémentaire ayant ses fibres parallèles à-l'axe,-ge qui- donn9 lieu à une structure multiplis- ; et la fig. 8 montre le mandrin de la fig.7, après achèvement de l'enroulement. La fig. 1 montre une bande de tissu ou un ruban préimprégné, de longueur quelconque. Le matériau est couramment disponible sous forme de rubans préimprégnés de 7,5 cm de large, et il sera probablement disponible prochainement sous forme #de bandes de 30 cm de large. A la fig. 1 on voit une bande d'environ 60 cm de large(à l'échelle V20#environ), obtenue par collage à chaud ou tout autre moyen de jonction, de bandes plus étroites. Ce matériau est un tissu de fibres de verre préimprégné, couramment commercialisé, et ayant les caractéristiques exposées précédemment. A la fig. 1, les fibres sont orientées longitudinalement, c'est-à-dire suivant la longueur de la bande. La fig. 2 illustre l'une des étapes du procédé de fabrication suivant l'invention. Des rubans ou bandelettes élémentaires sont découpés dans une longue bande 10. Dans cet exemple de mise en oeuvre de l'invention ces bandelettes élémentaires ont la forme de trape#zes #ectangles. Dans le ruban de référence '12, après découpe, les côtes sont inclinées par rapport à la longueur de la bande 10, si bien que les fibres, dans chaque bandelette, sont inclinées par rapport à la longueur de ces mômes bandelettes. Dans un exemple de réalisation de l'invention, il a été déterminé qu'un angle de 25 ,comme représenté à la figure, est préférable. La fig. 3 illustre l'étape suivante. La référence 14 désigne un long mandrin tubulaire, tel qu'utilisé dans la mise en oeuvre du procédé connu exposé précédemment, c'est-à-dire pour la fabrication de crosses de golf. Le ruban 12 de la fig. 2 est placé le long du mandrin 14 préalablement à son enroulement sur le mandrin, enroulement qui sera effectué par rotation du mandrin dans la direction indiquée par les fléchez. Comme on peut le voir sur la figure, les fibres font un angle de 250 avec les génératrices du mandrin. De préférence les différentes étapes de ce procédé. celle-ci notamment, sont réalisées automatiquement par des machines automatiques conçues et réalisées à cet effet. La fig. 4 montre le mandrin 14, le ruban ou bandelette 12 ayant été complètement enroulé autour de lui, formant ainsi une structure tubulaire allongée. Le mandrin se trouve à l'intérieur et peut autre retiré : on a alors une pièce présentant un evidedaent tubulaire. La fig. 5 illustre une étape supplémentaire de mise en oeuvre préférée de l'invention. Un autre morceau ou ruban élémentaire 16, ayant ses fibres inclinées comme précédemment par rapport à la longieur des ruban, est placé le long du mandrin comme illustré. Dans cet exemple, un bord latéral du morceau ou ruban est placé le long du mandrin de telle manière que l'orientation des fibres so-1nt à l'opposé de celle des fibres à la fig. 3. Puis, le mandrin est h nouveau animé d'un mouvement de rotation, comme décrit précédemment, de sorte que la pièce 16 s'enroule autour de lui; on obtient ainsi l'article que l'on voit à la fig. 6, qui comporte deux epaisseurs ou plis, chacun d'eux étant formé par l'enroulement de bandelettes ou rubans tels que ceux de la fig. 2. Plusieurs couches de matériau préimprégné peuvent être déposées autour du mandrin de la manière dderits, en alternant l'orientation des fibres d'une couche à l'autre les fibres de deux couches successives faisant des angles opposés. Après que les couches aient été déposées comme indiqué, on réalise un article multi-pli en déposant par enroulement une couche supplémentaire, dont les fibres sont parallèles et orientées longitudinalement-par rapport au mandrin 14 ; cette couche supplémentaire est déposée comme precëdemment. La fig. 8 montre le produit obtenu après dépot de la couche à orientation longitudinale. La manipulation du tissu, sa mise en place le long du mandrin et son enroulement sur celui-ci peuvent autre réalisées suivant une technologie de base connue, On connaît divers procédés d'enroulement utilisant des appareillages bien connus; on peut aussi utiliser des dispositifs nouvellement conçus. On trouvera dans le Bulletin P - 1 de "?revarno Preimpregnated Tubular Rod Fibers", qui est une branche de la Recel Corporation de Dublin en Californie, une description de base des technologies connues u.t-t#isables ici. De ce qui précède, l'homme de l'Art aura remarqué qu'une première différence entre le procédé suivant 11 invention et les procédés classiques réside dans le fait que toutes les fibres inclinées sont adjacentes les unes aux autres, qu'elles sont toutes enroulées avec un angle d'hélice bien défini, et qu'elles ne forment pas de trajectoire continue le long de l'objet . Non seulement aucune des fibres hélicoidales ne formé de trajectoire continue suivant la longieur de l'objet formé, mais au contraire chacune d'elles ne couvre dans cette direction qu'une faible longueur.Il en résulte que le produit fabriqué suivant l'invention précédemment décrite présente , par rapport aux produits de même type fabriqués suivant les techniques connues, une meilleure résistance à la flexion, ainsi que d'autres avantages caractéristiques. Après que le materiau ait été complètement enroulé, on procède à d'autres operations, notamment: on envelope l'article d'un sac de cellophane ou de caoutchouc; puis on procède à une réticulation dans une étuve, la résine se durcissant alors, la pièce est ainsi terminée; lemandrin est extrait et l'enveloppe de cellophane ou caoutchouc est retirée. La pince est prête pour le nettoyage au sable ou.la peinture. En variante, la réticulation peut être réalisée dans un moule femelle, sans enveloppe de cellophane ou caoutchouc. L'article obtenu par ce procédé a une meilleure résistance au flambage. En variante du procédé décrit, on peut préalablement combiner deux couches ou enveloppes et les enrouler ensemble en une seule opération. D'autres variantes dans le choix de l'orientation des fibres des diverses couches sont possibles; a les permettent d'obtenir des valeunsdifférentes de la résistence à la déformation. Pour un degré de flexibilité donné, la résistance à la torsion reste la môme. On peut utiliser des résines époxydes phénoliques, ou polyester Les résines époxydes sont meilleures. Dans le matériau, les fibres sont étirées par la résine et peuvent avoir des épaisseurs de 0,25 mm à 1,25 mm, et n'importe quelle longueur. En technique, les matériaux en étoffe préimprégnés sont souvent designés par l'appelation " ruban d'époxyde renforcé par des filaments de carbone". Les filaments utilisés peuvent être en bore, fibre de verre, carbone ou graphite, matériaux qui présentent une grande résistance à la traction et des modules d'élesticité éleves. L'invention n'est pas limitée à la fabrication de crosses de golf plus généralement d'articles tubulaires creux, malSest applicable également à des quantités d'autres articles. Les clubs de golf fabriqués suivant l'invention peuvent avoir des manches de ~,15m de long, ayant des diamètres intérieurs et extérieurs respectifs de 3,8 mm et 0,175 mm à l'extrémité supérieuref et 18,9 mm et 0,15 mm à l'extrémité inférieure. Les bandelettes représentées figure 2 peuvent avoir une longueur de 1,20 m et des bases de 15,2 et 7,6 cm respectivement. Bien eRend; l'invention n'est pas limitée auq~modes de mise en oeuvre décrits et representés uniquement à titre d'exemples. R E V E N D I C À T I O N S 1. Procédé de fabrication de pièces tubulaires à partir de tissu de fibres trots resistantes pré imprégné, ledit procédé étant caracterisé par tapes successives suivantes: découpage, dans ledit tissu, de rubans élémentaires, de telle manière-que les fibres de chaque ruban soient inclinées par rapport à la longueur du ruban; 'enroulement des rubans sur un mandrin, en commençant avec un des grands côtés du ruban placé le long du mandrin, les fibres étant orientées de manière à être inclinées d'un angle de valeur prédéterminé par rapport à l'axe du mandrin. 2, Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les rubans élémentaires sont découpés de façon telle que la direction des fibres fasse un angle de 250 avec l'un de grands côtés du ruban. 3. Procédé suivant la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'on enroule, sur ledit mandrin, un ruban superposé sur le premier, les fibres des deux rubans faisant des angles égauxvmais opposés avec l'axe du mandrin. 4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'on dépose une troisième couche de tissu sur les deux premières, les fibres de la troisième couche étant généralement parallèles à l'axe du mandrin. 5. Procédé suivant la revendication 4 > caractérisé en ce que l'enroulement du tissu sur le mandrin est effectué en appliquant au tissu une pression dirigée vers l'extérieur. 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce quel'on réticule le tissu de fibre de verre pré-imprégné enroulé sur le mandrin. 7, Procédé suivant la revendication 6,caractérisé en ce quel'on retire le mandrin après que le produit ait été réticulé 8. Pièces tubulaires,caractérisées en ce quelles sont obtenues par le procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes. 9. Objet manufacturé , caractérisé en ce qutil comporte au moins une pièce en tissu de fibres très resistantes préimprégnéS enroulée@de manière à former une enveloppe de forme arrondie, les fibres tres resistantes étant orientèes de façon à être inclinées par rapport à la longueur de la pièce enroulée et par rapport à l'axe longitudinal de l'objet. 10. Objet suivant la revendication 9,caractérisé en ce qu- il comporte une seconde pièce de tissu constituant une seconde enveloppe, placée sur la première, les fibres de la seconde enveloppe faisant un angle prédéterminé avec celles de la première. 11. Objet suivant la revendication 10 > caractérisé en ce qu'il comporte une troisième enveloppe enveloppant les deux premières, et dont les fibres sont substantiellement parallèles à l'axe de l'objet.