Brevet FR2455980A1 — publié le 19801205

La présente invention concerne une nouvelle structure tubulaire composite à couches multiples liées après assemblage et son procédé de fabrication. On connait déjà de nombreuses structures tubulaires composites obtenues par superposition et pressage de supports pré-impré gnés ; ces structures tubulaires sont d'un prix de revient élevé en raison du prix unitaire des différentes étapes de leur fabrication, qu'il s'agisse de ltobtention des pré-imprégnés ou des étapes de pressage et de polymérisation. La présente invention s'est donnée pour but de réaliser une nouvelle structure tubulaire présentant d'excellentes propriétés de résistance à la flexion et à la torsion, et d'un prix de revient relativement bas. Cette nouvelle structure tubulaire comporte fondamentalement, en superposition sur un manchon de renforcement constitué d'une gaine textile tressée non renforcée et disposé sur au moins une partie de sa longueur, une gaine textile tressée à renforts unidirectionnels, une gaine textile tres sée non renforcée ou bidirectionnelle, une gaine textile tressée à renforts unidirectionnels et une gaine textile tressée bidirectionnelle, l'ensemble des quatre gaines étant imprégné d'une résine de manière à assurer une liaison totale entre les dites gaines permettant d'obtenir une structure unitaire monolithiq. Le terme bidirectionnelle employé ci-dessus qualifie l'aptitude que présente une tresse textile non renforcée à se déformer aussi bien dans le sens longitudinal que dans le sens latéral. Selon une caractéristique préférée de l'invention, les gaines textiles tressées à renforts unidirectionnels sont du type décrit dans le brevet français 77 03 537 de la Demanderesse, c'est-à-dire qu'elles sont formées de deux séries de fils entrecroisés, disposés en biais par rapport aux génératrices de la gaine et d'une série de fils longitudinaux disposés parallèlement à ces génératrices et maintenus par les fils entrecroisés dispo sés en biais, l'inclinaison des fils disposés en biais étant avantageusement voisine de 450. Les fils constituant les gaines textiles tressees et les fils longitudinaux sont avantageusement des fils de verre. Selon une caractéristique préférée de l'invention, les fils de renfort longitudinaux unidirectionnels sont des fils à module élevé d'élasticité et sont choisis parmi les fils de bore, de carbone, de silice et de polyamide aromatique. Une partie au moins des fils de verre constituant la gaine textile tressée bidirectionnelle appliquée sur la première couche constitutive de la structure sont avantageusement des fils texturés présentant un effet de surface. Le manchon de renforcement est avantageusement placé au quart de la longueur totale de la structure tubulaire mesurée à partir de l'une des bases de ladite structure et s'étend sur une longueur variant entre 1/8e et l/lOe de la longueur totale de ladite structure. Selon une caractéristique de l'invention les quatre gaines textiles tressées s'retendent sur toute la longueur de la structure tubulaire. Selon une autre caractéristique de l'invention, la première gaine textile tressée à renforts unidirectionnels constituant la paroi intérieure de la structure tubulaire s'étend, à partir d'une des bases de ladite structure, sur une longueur variant entre le tiers et la moitié de la longueur totale de ladite structure. L'invention concerne également un procédé de fabrication des structures tubulaires caractérisé en ce qu'il consiste à enfiler successivement sur un mandrin amovible dont les dimensions et les sections transversales sont choisies en fonction des dimensions et sections transversales de la structure tubulaire que l'on désire obtenir - un manchon de renforcement constitué d'une gaine textile tressée non renforcée dont on fixe les extrémités sur au moins une partie de la longueur du mandrin, - une première gaine textile tressée, à renforts unidirectionnels, dont lton fixe les extrémités sur le mandrin, - une deuxième gaine textile tressée, bidirectionnelle, que l'on plaque sur la première gaine pour lui permettre d'épouser étroitement la forme du mandrin - une troisième gaine textile tressée, à renforts unidirectionnels, - une quatrième gaine textile tressée,bidirectionnelle, chaque opération d'enfilage étant précédée d'uniopération de fixation des extémitésdela gaine à la couche précédente sur le mandrin, à imprégner l'ensemble avec une résine polymérisable à froid, à recouvrir, avec chevauchement et sous tension, les couches imprégnées par un ruban continu de film synthétique, à polymériser l'ensemble à une température comprise entre 20 et 300C et se situant de préférence autour de 250C, à éliminer par arrachage le ruban synthétique et à extraire le mandrin. L'assemblage des différentes couches ainsi décrites permet de réaliser des structures tubulaires présentant des résistances élevées tant à la flexion qu'à la torsion, tout en conservant un prix de revient satisfaisant grâce à la simplicité de leur procédé de fabrication. La présente invention sera mieux comprise d'ailleurs à l'aide de l'exemple qui suit qui décrit la fabrication d'un mât de planche à voile. Sur un mandrin tronconique amovible, la longueur totale d'environ 5 mètres pour un mât de 4m 50, dont la grande base a un diamètre extérieur de 48 mm et la petite base un diamètre extérieur de 32 mm, on enfile un manchon de renforcement constitué d'une gaine textile tressée non renforcée bidirectionnelle de 40 cm. I1 s'agit d'une tresse classique comportant deux nappes se croisant à 450 et constituées de fils de verre retordus d'un titre global de 52 000 tex. Ce manchon est fixé à ses deux extrémités sur le mandrin, son extrémité inférieure étant placée à 110 cm de la grande base du mandrin. Cette fixation peut s'effectuer par tout moyen connu en soi (ruban autocollant par exem ple). On enfile ensuite, sur toute la longueur du mandrin et sur le manchon de renforcement une première gaine textile tresséeàrenforts unidirectionnels dont on fixe les deux extrémités sur le mandrin, par tout moyen connu en soi. Cette tresse est constituée par deux nappes de liage, se croisant à 450, comportant chacune des fils de verre titrant au total 6500 tex entre lesquelles sont emprisonnés des fils de verre, sans torsion, titrant au total 105 000 tex. On enfile sur cette première gaine une deuxième gaine textile tressée bidirectionnelle ; il s'agit d'une tresse classique comportant deux nappes se croisant à 450 et constituée de fils de verre retordus d'un titre global de 52 000 tex et comportant entre 7 et 10 m de fils de verre texturés, à effet de relief. Cette gaine est appliquée sur la gaine précédente et est lissée de façon à épouser régulièrement la forme du mandrin qu'elle recouvre sur une longueur de 4 m 50; elle est fixée à ses deux extrémités comme dit plus haut. On enfile ensuite sur le mandrin déjà revêtu des deux premières couches, une troisième gaine textile tressée à renforts unidirectionnels, de 4m 50 de longueur, présentant des caractéristiques similaires à celles de la première gaine ; après fixation de ses deux extrémités, comme dit plus haut, cette troisième gaine est revêtue sur toute sa longueur d'une dernière gaine textile tressée bidirectionnelle, présentant les mêmes caractéristiques que la deuxième gaine, mais ne comportant pas de fils de verre texturé, que l'on plaque sur l'ensemble ainsi constitué. Après fixation des deux extrémités de cette gaine, on applique sur l'ensemble, de façon connue en soi, (par exemple par gravité sur le mandrin maintenu en rotation lente), la composition résineuse suivante pour 1 kg de résine type polyester insaturé à base de styrène du type commercialisé en France sous le nom de POLYLITE 11902 par la Société SHEBY 18 ml d'un catalyseur constitué par un peroxyde de ditertiobu tyl du type commercialisé en France sous le nom de Tri gonase 4 4 B par la Société AKZO 6 ml d'un accélérateur constitué par un octoate de Cobalt en quantité calculée pour appliquer sur l'ensemble compo site environ 3096 en poids de résine. On applique immédiatement sur la structure imprégnée de résine un ruban de film synthétique ; on enroule ce ruban sous tension et avec recouvrement, réalisant ainsi un effet d'uniformisation de la quantité de résine appliquée et assurant d'autre part une régularité d'aspect extérieur de la couche finale. La polymérisation est ensuite effectuée en 25 minutes à l'air libre à une température de 250C environ. Après arrachage du ruban plastique, le mandrin est enlevé et on obtient une structure tronconique convenant bien à l'application comme mâts de planche à voile. Comme il va de soi, et comme il ressort de ce qui précède, la présente invention ne se limite pas aux seuls mâts pour planches à voile décrits ci-dessus à titre d'exemples ; elle embrasse,au contraire, toutes les structures tubulaires quelles que soient leurs dimensions et leur section transversale ; il est bien évident également que la résine polyester choisie pour réaliser l'imprégnation des gaines tressées peut être remplacée par toute autre résine et tout spécialement par une résine époxy, sans que l'on sorte du cadre de la présente invention. - REVENDICATIONS 1 - Structure tubulaire composite à couches multiples liées après assemblage, caractérisée en ce qu'elle comporte en superposition sur un manchon de renforcement constitué d'une gaine textile tressée non renforcée et dispos sur au moins une partie de sa longueur, une gaine textile tressée à renforts unidirectionnels, une gaine textile tressée non renforcée ou bidirectionnelle, une gaine textile tresse à renforts unidirectionnels et une gaine textile tressée bidirectionnelle, l'ensemble des quatre gaines étant imprégné d'une résine de manière à assurer une liaison totale entre les dites gaines permettant d'obtenir une structure unitaire monolithique. 2 - Structure tubulaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que les gaines textiles tressées à renforts unidirectionnels sont formées de deux séries de fils entrecroisés, disposés en biais par rapport aux génératrices de la gaine et d'une série de fils longitudinaux disposés parallèlement à ces génératrices et maintenus par les fils entrecroisés disposés en biais, l'inclinaison des fils disposés en biais étant voisine de 45v. 3 - Structure selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les fils constituant les gaines textiles tressées et les fils longitudinaux sont des fils de verre. 4 - Structure tubulaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que les fils de renfort longitudinaux unidirectionnels sont des fils à module élevé d'élasticité et sont choisis parmi les fils de bore, de carbone, de silice et de polyamide aromatique. 5 - Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'une partie au moins des fils de verre constituant la gaine textile tressée bidirectionnelle appliquée sur la première couche constitutive de la structure sont des fils texturés présentant un effet de surface. 6 - Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que le manchon de renforcement est placé au quart de la longueur totale de la structure tubulaire mesurée à partir de l'une des bases de ladite structure et s'étend sur une longueur variant entre 1/8e et 1/10e de la longueur totale de ladite structure. - - Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les quatre gaines textiles tressées s'étendent sur toute la longueur de la structure tubulaire. 8 - Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la première gaine textile tressée à renforts unidirectionnels constituant la paroi intérieure de la structure tubulaire s'étend, à partir d'une des bases de ladite structure, sur une longueur variant entre le tiers et la moitié de la longueur totale de ladite structure. 9 - Application de la structure tubulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 à la réalisation de mâts pour planches à voile. 10 - Procédé de fabrication de structures tubulaires selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il consiste à enfiler successivement sur un mandrin amovible dont les dimensions et les sections transversales sont choisies en fonction des dimensions et sections transversales de la structure tubulaire que l'on désire obtenir - un manchon de renforcement constitué d'une gaine textile tressée non renforcée dont on fixe les extrémités sur au moins une partie de la longueur du mandrin, - une première gaine textile tressée, à renforts unidirectionnels dont l'on fixe les extrémités sur le mandrin, - une deuxième gaine textile tressée, bidirectionnelle, que l'on plaque sur la première gaine pour lui permettre d'épouser étroitement la forme du mandrin, - une troisième gaine textile tressée, à renforts unidirectionnels, une quatrième gaine textile tressée, bidirectionnelle, chaque opération d'enfilage étant précédée d'une opération de fixation des extrémités dela gaineàla couche précédente sur le mandrin à imprégner l'ensemble avec une résine polymérisable à froid, à recouvrir, avec chevauchement, et sous tension, les couches imprégnées par un ruban continu de film synthétique, à polymériser l'ensemble à une température comprise entre 20 et 300C et se situant de préférence autour de 25in, à éliminer par arrachage le ruban synthétique et à extraire le mandrin.