Brevet FR2336952A1 — publié le 19770729

La présente invention a pour objet un profilé amélioré, en particulier pour la réalisation de cadres de raquettes de tennis. On sait que dans de nombreuses applications industrielles, il est fait appel à l'utilisation de profilés, fréquemment en métal léger, par exemple un alliage d'aluminium, et dont la configuration à la fois nervurée et creuse permet d'obtenir simultanément une rigidité élevée et un faible poids, qualités recherchées notamment dans la construction aéronautique ou pour la réalisation d'objets destinés à etre maniés rapidemment et dont l'inertie, donc la masse,doivent etre aussi réduites que possible,telles que les raquettes de tennis. L'invention vise à accroître sensiblement la raideur de tels profilés et de réduire le plus possible leur aptitude aux vibrations sous l'effet d'un choc ou phénomène vibratoire, donc en fait leur capacité de déformation lorsqu'ils sont soumis àun efforttrsxnersaL.Cette capacité de déformation peut être définie par la "flèchent du profilé lorsque celui-ci est soumis à un tel effort transversal et sera par conséquent d'autant plus faible que cette "flèche" sera réduite. Un telle "flèche" est inversement proportionnelle au module d'élasticité IXE du matériau constituant le profilé et au module d'inertie "I" de ce profilé. Pour diminuer cette 'tflechell, on peut donc chercher à augmenter le module d'inertie "I" et/ou le module d'élasticité "E" du matériau. L'augmentation du module d'inertie t peut s'obtenir en augmentant la section du profilé ou en la répartissant de manière différente par rapport aux axes neutres. D'une manière ou de 1'autre, cela revient à augmenter sensiblement la quantité de matière et, partant, le poids du profilé, ce qui n'est pas souhaitable. L'augmentation du module d'élasticité "E" en maintenant ou mê- me diminuant le module d'inertie "I" et dans ce dernier cas en augmentant le produit "E"x"I" implique de choisir un matériau dont la densité est le plus souvent élevée (E ne croit pas nécessairement avec la densité, notamment dans le cas du plomb). Il en résulte donc également un accroissement sensible du poids du profilé, ce qui, on le sait, n'est pas souhaitable. On voit donc en définitive qu'il faudrait, contrairement à ce que permet la seule utilisation d'un matériau homogène, pouvoir augmenter le module d'élasticité "E'1 sans augmenter dans la meme proportion ou, mieux, en diminuant la densité "d" du matériau utilisé, ce que l'on exprime en disant que le rapport "E"/"d" doit être aussi élevé que possible. On a donc eu l'idée de donner au profilé une structure composite permettant d'augmenter le rapport "E"/"d". Le profilé amélioré ré selon l'invention résulte d'études effectuées dans ce sens. I1 est caractérisé par le fait qu'il est constitué par une enveloppe, fermée ou non, de matériau rigide formant profilé, que l'on a garnie d'un composé constitué de fibres noyées dans un liant de résine plastique. Ces fibres sont avantageusement des fibres de carbone, longues ou courtes, et la résine plastique, une résine époxyde ou polyester, tandis que, le profilé amélioré étant plus particulièrement destiné à la fabrication de cadres de raquettes de tennis, l'enveloppe, métallique, est avantageusement réalisée en alliage d'aluminium. De manière préférée, les fibres de carbone sont mélangées à la résine plastique dans la proportion de 40 à 60% en poids de mélange. Les meilleurs profilés selon l'invention, destinés à la fabrication de cadres de raquettes de tennis ont été obtenus à partir - diune enveloppe en alliage d'aluminium de densité égale à 2,7 et de module d'élasticité égal à 7000, - de fibres de carbone, longues ou courtes, dont le module d'élas ticité est compris entre 18.000 et 35.000 et dont la densité est de 1,9 - d'une résine époxyde ou polyester d'une densité comprise entre 0,8 et 1,4. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description suivante et au dessin annexé qui se rapportent à plusieurs formes possibles de réalisation du profilé amélioré, selon cette invention, citées à titre d'exemples non-limitatifs. Au dessin - la figure 1 représente la section droite agrandie d'un profilé selon l'invention, obtenu par exemple par roulage et destiné à la fabrication de cadres de raquettes de tennis, - la figure 2 représente la section droite agrandie d > un profilé selon l'invention, obtenu par exemple par extrusion ou moulage et destiné, lui aussi à la fabrication de cadres de raquettes de tennis, - les figures 3A,3B,3C, 3D, 3E, 3F, représentent à une échelle plus réduite les sections droites d'autres profilés fermés selon l'invention, respectivement circulaire, ellipsoïdale, carrée, rectangulaire, en carré diagonal, et triangulaire, - les figures 3G et 3H, représentent les sections droites de profilés ouverts selon l'invention, respectivement en "H" et en ''U couchés. A la figure 1, le profilé amélioré 1, destiné à la fabrication de cadres de raquettes de tennis, est constitué d'une enveloppe 2 en alliage d'aluminium dont le module d'élasticité est de 7000 et dont la densité est de 2,7. Cette enveloppe 2-présente un contour continu fermé épaisseur constante et peut donc être obtenue par roulage1 à la section représentée, dtun profilé cylindrique.Cette enveloppe 2, aplatie dans sa partie centrale 3 dans laquelle sont percés les orifices de tassage du cordage de la raquette, délimite latéralement deux chambres 4 et 5, symétriques lune de l'autre par rapport G 13 verticale médiane de la figure et garnies intérieurement d un composé 6 constitué de fibres de carbone, longues ou courtes , dont le module d'élasticité est compris entre 18.000 et 35.000 et dont la densité est de 1,9, noyées dans un liant de résine époxyde ou polyester d'une densite comprise entre 0,8 et 1,4. Les fibres de carbone étant mélangées à la résine dans la proportion de 40 a 60% en poids de mélange, le profilé hétérogène ou composite ainsi obtenu présente un rapport E/d compris entre 12.000 et 23.000 que à titre de comparaison, est beaucoup plus élevé que celui d'tin profilé d'acier de module d'élasticité moyen de 21.000 et de densité moyenne de 7, P, qui n'est, lui, que de 2.692. Du fait de son rapport "E"/"d" exceptionnellement élevé, le profilé amélioré selon l'invention présente une raideur très importante pour un poids total très réduit et oppose un amortissement considc.able aux vibrations, ce qui évite les contraintes dues à la fatigue et adapte particulièrement ce profilé7 non seulement à la fabrication de cadres de raquettes de tennis mais à toute autre application requérant les mêmes exigences de faible poids et de raideur élevée, par exemple la fabrication de super-structures dans le domaine de l'aviation. I1 est clair que l'enveloppe du profilé peut, d;une manière plus générale, présenter les sections les plus variées, être traitée thermiquement ou non et être obtenue à partir tout moyen habituel : extrusion, moulage, roulage, filage, soudage, formage, etc... Elle peut être réalisée ou non en métal (acier, aluminium, alliage d'aluminium, titane, magnésium, bore, etc) ,lesf'brespeuvent ne pas entre en carbone et la résine etre, plus généralement, une résine plastique, pour autant que ces matériaux soient choisis parmi ceux présentant des caractéristiques suffisamment voisines de celles des matériaux cités pour pouvoir en constituer des équivalents. A la figure 2, le profilé amélioré 7, également destiné à la fabrication de cadres de raquettes de tennis, diffère essentiellement de celui représenté à la figure 1 en ce que sa partie centrale 8 étant d'une seule pièce, il doit être obtenu par moulage ou extrusion. Les éléments communs aux figures 1 et 2 y portent les mêmes références. Le profilé selon l'invention représenté à la figure 3A présente une enveloppe cylindrique de section circulaire 9 garnie du coIk posé fibres-résine 9' déjà décrit. Le profilé selon l'invention représenté à la figure 3B présente une enveloppe cylindrique de section elliptique 10 garnie de ce meme composé 10. Le profilé selon l'invention représenté à la figure 3C présente une enveloppe prismatique de section carrée 11 elle aussi garnie de ce composé 111. Le profilé selon l'invention représenté à la figure 3D présente une enveloppe prismatique de section rectangulaire 12 également garnie du même composé 12'. Le profilé selon l'invention représenté à la figure 3E présente une enveloppe prismatique de section carrée en diagonale 13 garnie dudit composé 13g. Le profilé selon l'invention représenté à la figure 3F présente une enveloppe prismatique de section triangulaire 14 garnie1 elle aussi de ce composé 14X. Le profilé selon l'invention représenté à la figure 3G présente une enveloppe ouverte en "H" 15 dont les deux évidements sont garnis dudit composé selon 15 et 15tut. Le profilé selon l'invention représenté à la figure 3H présente une enveloppe ouverte en IIUII 16 dont l'évidement est aussi garni, selon 16', de ce composé. Enfin, les formes due réalisation de l'invention décrites et re présentées au dessin n'ayant été citées qu'à titre d'exemples nor.- limitatifs, l'homme de l'art pourra y apportertoutes modifications de forme ou de détail qu'il jugera utiles, notamment en ce qui concerne le rapport en poids fibre/résine, ou en remplacer tout ou partie des éléments constitutifs par des équivalents, sans pour mutant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Profilé amélioré, en particulier pour la réalisation de cadres de raquettes de tennis, caractérisé par le fait qu > il est constitué par une enveloppe, fermée ou non, de matériau rigide formant profilé1 que l'on a garnie d'un composé constitué de fibres noyées dans un liant de résine plastique. 2. Profilé amélioré selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdites fibres, longues ou courtes, sont des fibres de carbone. 3. Profilé amélioré selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdites fibres, longues ou courtes, sont des fibres de verre. 4. Profilé amélioré selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la résine plastique est une résine époxyde. 5. Profilé amélioré selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la résine plastique est une résine polyester. 6. Profilé amélioré selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les fibres de carbone sont mélangées à ladite résine plastique dans la proportion de 40 à 60% en poids de mélange. 7. Profilé amélioré selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite enveloppe est en métal léger tel qu'alliage dialu- minium, aluminium, acier, titane, magnésium ou bore. 8. Profilé amélioré selon les revendications 1 et 2 et l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé par le fait d'une part que ladite enveloppe est constituée en alliage d'aluminium de densité égale à 2,7 et de module d'élasticité égal à 7000, diantre part que lesdites fibres de carbone ont un module d'élasticité compris entre 18.000 et 35.000 et une densité de 1,9, enfin, que la résine époxyde de ou polyester choisie a une densité comprise entre 0,8 et 1,4.