Brevet FR2501579A1 — publié le 19820917

STRUCTURE TUBULAIRE UTII,ISABLE NOTAMMENT POUR LA REALISATION DE MATS DE VOILIERS DE PLAISANCE. La présente invention a trait à un nouveau type de structure tubulaire stratifiée constituée de gaines textiles superposées et imprégnées par une résine appropriée. Elle a trait plus particulièrement à un nouveau type de structure tubulaire présentant une flexibilité variable sur sa longueur et qui, notamment, est particulièrement adaptée pour la réalisation de mâts de voiliers de plaisance. Dans la suite de la description, l'invention sera décrite plus particulièrement pour cette application mais il est évident que cela n'est pas limitatif et qu'une telle structure pourrait éventuellement être utilisée dans d'autres domaines, par exemple pour réaliser des perches, des poteaux... Pendant très longtemps, le matériau utilisé pour réaliser des mâts de voiliers a été le bois. Depuis un certain nombre d'années, on réalise des mâts métalliques, notamment en alumi sium et tout récemment il a été proposé de faire appel aux techniques utilisées pour la réalisation de stratifiés c'està-dire de matériaux constitués d'une résine polymérisable renforcée par une structure textile. Ainsi, on a proposé de réaliser des mâts par bobinage d'un tissu mixte, fibre de verre/carbone, renforcé longitudinalement de fibres de carbone unidirectionnelles, l'ensemble étant imprégné de résine polymérisable. Ce type de mât permet d'obtenir une certaine souplesse dans le sens longitudinal, ce qui améliore le rendement de la voilure et autorise l'utilisation d'une voile à deux plis qui ceinture le mât et est maintenu en place par un "Wishbone". Par ailleurs, dans sa demande de brevet français no 79/12 533, la Demanderesse a proposé une structure tubulaire composite à couches multiples qui peut être utilisée pour réaliser des mâts de planche à voile. Cependant, le matériau faisant l'objet de cette demande n'est pas adapté à la fabrication de mâts pour voiliers conventionnels étant donné que pour une telle application, le mât doit être pratiquement rigide jusqu'au tiers de sa hauteur alors qu'il doit présenter une flexibilité progressif jusqu'à son sommet. Par opposition, un mât de planche à voile doit pouvoir fléchir pratiquement depuis sa base jusqu'à son extrémité et ne comporte pas de partie rigide. Or on a trouvé, et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention un nouveau type de stucture tubulaire qui, non seulement est simple et économique à réaliser mais qui, par ailleurs, permet d'obtenir des mâts de toutes dimensions, ces mâts présentant en outre une flexibilité progressive de leur base à leur sommet, une première partie du mât s'étendant depuis la base sur une longueur relativement importante, en général égale au 1/3 de la longueur totale du mât, étant pratiquement rigide alors que la partie restante dudit mât présente une flexibilité variable sur sa longueur. D'une manière générale, l'invention concerne donc une structure tubulaire du type comportant une pluralité de couches textiles superposées, au moins la couche interne et la couche externe étant constituées par des gaines tressées bidirectionnelles, s'étendant sur toute la longueur du matériau et cette structure étant caractérisée par le fait qu'entre les deux couches extrêmes sont disposées une pluralité de gai intermédiaires, constituées au moins pour partie majoritaire de fils longitudinaux, s'étendant depuis une extrémité de la structure sur des longueurs de plus en plus courtes lorsque l'on va de la couche interne à la couche externe. Ces différentes couches textiles sont, de manière conventionnelle, imprégnées avec une résine polymérisable. Comme matière textile pouvant entrer dans la constitution tant des gaines tressées bidirectionnelles que des couches intermédiaires à base de fils longitudinaux, on peut utiliser des fils de verre, des fils à module d'élasticité élevée tels que ceux à base de bore, de carbone, d'aramide... Dans la suite de la description, l'invention sera décrite pour un matériau entièrement à base de fils de verre mais, bien entendu, cela n'est pas limitatif et l'on pourrait, comme dans tout stratifié, utiliser des combinaisons diverses de matières par exemple réaliser les couches internes et externes en verre et les couches intermédiaires en carbone ou autres ou avoir dans une même couche une alternance de fils différents par exemple une alternance de fils de verre et de fils de carbone. Par ailleurs, au sens de la présente invention, par "gaines tressées bidirectionnelles", on désigne une ti-esse constituée de deux séries ou groupes de fils de pi-éférence identiques, entrecroisé et disposés suivant un angle déterminé par rapport aux génératrices de ladite gaine, l'inclinaison des fils étant en général, avant mise en place du matériau, voisine de 45o. De telles tresses présentent comme caractéristiques de pouvoir se déformer aussi bien dans le sens longitudinal que dans le sens latéral et par suite de pouvoir prendre une forme autre que cylindrique, tronconique par exemple. Par ailleurs, si les gaines textiles intermédiaires peuvent être constituées uniquement de fils longitudinaux, parallèles entre eux, ne comportant aucun élément de liaison, dans une forme préférentielle de l'invention les fils longitudinaux seront maintenus entre eux par des fils de liage tressés, ces fils de liage étant relativement fins par rapport aux fils longitudinaux et ne constituant qu'une partie minoritaire de l'ensemble. En outre, si dans chaque couche intermédiaire les fils longitudinaux peuvent avoir des longueurs identiques, dans certains cas il peut être envisagé d'avoir des fils de longueurs différentes. Ainsi, dans chaque couche intermédiaire, on peut envisager d'avoir des fils alternativement plus longs et plus courts. C'est un mode de réalisation qui favorise l'ob tention d'une structure tubulaire de forme tronconique présentant une pente relativement importante. Si en général, la couche interne et la couche externe desdites structures tubulaires sont constituées par une seule gaine tressée bidirectionnelle il peut être envisagé, pour certaines applications, d'avoir par exemple une couche externe constituée de deux gaines tressées bidirectionnelles superposées. L'invention et les avantages qu'elle apporte seront cependant mieux compris grâce à l'exemple de réalisation donné ci-après à titre indicatif mais non limitatif et qui est illus- tré par les schémas annexés dans lesquels - la figure 1 illustre en perspective, de manière schématique, une structure tubulaire réalisée conformement à l'invention, - les figures 2, 3 et4 sont également des vues en perspective schématiques montrant plus en détail les différents types de matériaux pouvant entrer ds la réalisation d'une telle structure tubulaire. Conformément à l'invention, on réalise une structure tubulaire tronconique ayant une longueur totale de 9,50 m, un diamètre intérieur D de 106 mm à la base et d de 50 mm au sommet. Pour réaliser une telle pièce, on utilise un mandrin tronconique 1 en acier (ou tout autre matériau) ayant les dimensions précitées et qui est monté à port#e-à-faux pour permettre la mise en place des différentes couches textiles. Sur ce mandrin, préalablement revêtu d'une couche d'un agent démoulant conventionnel, on enfile une première gaine tressée bidirectionnelle, s'étendant sur toute la longueur ayant une structure telle que celle illustrée à la figure 4. Cette gaine est constituée de deux séries ou groupes de fils entrecroisés 3-4 qui forment entre eux un angle d'envircn 400. Compte-tenu des possibilités de déformation d'une telle structure, il est possible d'adapter parfaitement la gaine autour du mandrin 1. Dans le cas présent, cette gaine tressée bidirectionnelle a, avant mise en place, un diamètre nominal de 110 mm et est constituée de deux groupes de fils de verre entrecroisés, chaque groupe comportant 48 fils de verre ayant chacun un titre global de 52 000 Tex. Compte-tenu des possibilités de déformation d'une telle structure textile, cette gaine épouse parfaitement la surface du mandrin. Cette gaine étant mise en place, on en fixe les extrémités sur le mandrin par exemple au moyen d'un ruban autocollant, Cette opération étant faite, on superpose à cette première couche quatre gaines textiles unidirectionnelles 5, 6, 7, 8 constituées pour partie majoritaire de fils longitudinaux. Ces gaines s'étendent depuis la base du mandrin de diamètre D sur des longueurs de plus en plus courtes lorsque l'on va de la couche interne 2 à la couche externe. Dans le cas présent, ces quatre gaines ont respectivement les longueurs suivantes - gaine 5 : 9,50 m - gaine 6 : 8,55 m - gaine 7 : 6,50 m - gaine 8 : 3,50 m Ces gaines sont constituées, ainsi que cela est illustré à la figure 2, de fils parallèles 9 liés entre eux par des fils de liage tressés lâches 10. Dans le cas présent, les fils 9 ont un titre global de 187 000 Tex et les fils de liage 10, également en verre, ont un titre global de 13 000 Tex. Dans le cas présent, les gaines 5 et 6 ont, avant mise en place, un diamètre de 105 mm et comportent 156 fils longitudinaux 9. Les gaines 7 et 8 ont un diamètre interne de 110 mm et sont constituées chacune de 156 fils longitudinaux 9. Pour certaines applications, il pourrait être envisagé ainsi que cela est illustré à la figure 3, d'utiliser des gaines intermédiaires dans lesquelles les fils longitudinaux 9 auraient deux longueurs différentes. Cette solution peut être envisagée lorsque la conicité de la structure tubulaire que l'on envisage de réaliser est importante, ce qui permettrait d'obtenir une meilleure progressivité et une répartition plus homogène des filaments. Dans le présent exemple, seules des gaines intermédiaires du type illustré par la figure 2 sont utilisées. Après mise en place de chacune de ces gaines, on recouvre l'ensemble au moyen de deux gaines tressées bidirectionnelles 10-11 s'étendant sur toute la longueur de la structure. (Figure 1). Une partie seulement de la longueur des gaines a été représentée pour permettre de figurer les gaines textiles complémentaires internes. Ces gaines tressées 10-11 ont la même constitution que la gaine interne 2 et, compte-tenu de leurs possibilités de déformation, viennent s'appliquer par faitement autour des couches précédemment mises en place et emprisonnent les gaines intermédiaires 5, 6, 7 et 8. Sur cette structure textile complexe ainsi réalisée, on dépose ensuite, d'une manière conventionnelle, une résine polymérisable à chaud ou à froid (du type polyester, vinylester ou epoxy). Après polymérisation, le mandrin est alors enlevé. Ces opérations étant classiques ne seront pas décrites en détail par mesure de simplification. Une telle structure tabulaire peut être utilisée comme mât de voiliers de plaisance et l'on a constaté qu'elle présentait, par rapport aux mâts antérieurs, l'avantage de possèder une flexibilité ajustable depuis la base dudit mât jusqu'à son sommet. Ainsi, par exemple, on peut réaliser un mât dont la partie inférieure présente, sur une longueur relativement importante, par exemple sur les 1/3 de la hauteur totale du mât, une bonne rigidité alors que la partie restante présente une flexibilité variable jusqu'au sommet. Par#ai11eurs, la surface périphérique de cette struc ture étant parfaitement lisse, ce mât peut être utilisé en association avec une voile à deux plis maintenue en place par un wishbone. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation cité-précédemment, mais elle en couvre toutes les variantes réalisées dans le même esprit. Ainsi, en fonction des performances recherchées, il pourrait être envisagé de réaliser une structure comportant un nombre plus ou moins important de couches intermédiaires constituées pour partie majoritaire de fils longitudinaux. De même, si dans l'exemple donné, deux couches externes 10-11 sont prévues, il pourrait être envisagé de n'en avoir qu'une seule. Par rapport aux mâts antérieurs, une telle structure tubulaire présente comme avantage de pouvoir être réalisée très facilement et d'une manière économique, sur des longueurs importantes, et surtout de présenter une flexibilité variable sur sa longueur. De plus, cette flexibilité peut facilement être adaptée en modifiant le nombre de couches intermédiaires et/ou la longueur de ces différentes couches les unes tant aux autres. REVENDICATIONS 1 - Structure tubulaire de type comportant une pluralité de couches textiles superposées, dont au moins la couche interne 2 et la couche externe 11 sont constituées par des gaines tressées bidirectionnelles s'étendant sur toute la longueur du matériau, caractérisée par le fait d'entre ces couches 11-2 sont disposées une pluralité de gaines textiles intermédiaires (5, 6, 7, 8) constituées au moins pour partie majoritaire de fils longitudinaux 9, s'étendant depuis une extrémité de la structure sur des longueurs de plus en plus courtes lorsqu'on va de la couche textile (2) à la couche externe (11). 2 - Structure tubulaire selon la revendication 1 caractérisée par le fait que dans chaque gaine textile intermédiaire 5, 6, 7, 8, les fils longitudinaux 9 ont des longueurs identiques. 3 - Structure tubulaire selon la revendication 1 caractérisée par le fait que dans chaque gaine textile intermédiaire 5, 6, 7, 8 les fils longitudinaux 9 sont alternativement plus longs et plus courts. 4 - Structure tubulaire selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisée par le fait que dans chaque gaine textile intermédiaire 5, 6, 7, 8, les fils longitudinaux 9 sont maintenus entre eux par des fils de liage tressés 10, ces fils de liage 10 étant relativement fins par rapport aux fils longitudinaux 9 et ne constituant qu'une partie minoritaire de l'ensemble. 5 - Structure tubulaire selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisée par le fait que les fils entrant dans la constitution tant des gaines tressées bidirectionnelles 2-11 que'des couches intermédiaires 5,6,7,8 à base de fils longitudinaux 9, on utilise les fils choisis parmi les fils de verre, les fils à module d'élasticité élevée tels que ceux à base de bore, de carbone, d'aramide. 6 - Mats pour voiliers réalisés à partir d'une structure tubulaire selon l'une des revendications 1 a 5