Brevet FR2520666A1 — publié le 19830805

La présente invention se rapporte à un élément stratifié capable d'absorber 11 énergie de vibrations mé- caniques qui y sont engendrées, ainsi que des objets en forme de plaque comportant cet élément stratifié, en particulier un patin ou un ski. On connait des éléments stratifiés resp. des skis absorbants qui contiennent ces éléments stratifiés d'après le brevet US 4 278 726 et le DE 2 941 436, tous deux au nom de la Demanderesse. Les éléments stratifiés décrits dans ces documents comprennent au moins une couche d'un matériau rigide, par exemple une plaque ou une lame, recouverte sur au moins l'une de ses faces planes et sur au moins une partie de sa surface, d'une couche d'élastomère dans laquelle sont noyés des faisceaux retordus de fibres. Dans le ski décrit dans le DE 2 941 436 sus-mentionné, les faisceaux de fibres dans la couche en élastomère sont orientés dans le sens longitudinal de la lame. La bande d'élastomère renforcée de cette façon est située à proximité de la face supérieure et/ou inférieure de la couche d'âme du ski fabriquée en un matériau rigide. L'insertion de cette bande d'élastomère amortit très suffisamment les fibrations engendrées dans les lames de ski lorsqu'on skie (par suite du glissement à vitesse relativement grande sur une surface irrégulière), ce qui améliore sensiblement la dirigeabilité du ski et le flottement des spatules. L'orientation des faisceaux de fibres dans le sens longitudinal de la couche d'élastomère a cependant comme désavantage que la résistance à la torsion du ski diminue faiblement dans le sens de l'axe longitudinal. L'invention propose donc d'améliorer la résistance à la torsion d'un élément stratifié incorporé dans un objet en forme de plaque sans influencer désavantageusement les propriétés d'amortissement. A cet effet, la couche d'élastomère présente une structure en forme de grille composée d'au moins deux séries de bandes en élas tolère parallèles et renforcées de faisceaux retordus de fibres. Ces bandes se croisent sous un angle a compris entre 100 et 1200 et sont reliées entre elles aux endroits où elles sont en contact l'une de l'autre. La structure en forme de grille est placée sur ou à proxi motté de la face supérieure et/ou inférieure de la couche en matériau rigide et reliée à celle-ci, par exemple l'ame du ski, et elle peut s'étendre sur toute la surface de la couche rigide ou seulement sur une partie.Il peut être par exemple avantageux et suffisant d'appliquer des structures sous forme de grille dans des zones limitées de la surface du ski, par exemple à proximité de la spatule, sous les attaches (zone de patin) du ski et à proximité du talon du ski, sans que la structure à grille s'étende sur toute la longueur du ski. Par objet en forme de plaque, auquel s'applique l'invention, on entend une plaque, -une lame, un profil ou une structure tridimensionnelle composée des éléments définis ci-dessus tels qu'une boite, un récipient ou un bâti ou cadre. Les faisceaux retordus de fibres peuvent être des fils composés de filaments synthétiques multiples ayant une résistance élevée à la traction, par exemple des fibres de polyaramide ou de verre, ou être des torons de fils d'acier ou des câblés d'acier. L'invention sera maintenant expliquée à l'aide de quelques exemples d'exécution en référence aux dessins annexes. Des essais comparatifs d'amortissement et de torsion sont décrits afin d'exnliquer les avantages des structures à grille. Aux dessins annexes Les figures 1 et 1A sont des vues respectivement en plan et en coupe d'une lame recouverte d'une structure à grille suivant l'invention Les figures 2 et 2A sont des vues analogues d'une forme d'exécution analogue d'un élément stratifié amortisseur La figure 3 montre une variante de construction de la structure à grille La figure 4 représente un ski dans lequel une structure à grille est incorporée La figure 5 est une vue en coupe selon la ligne V-V de la figure 4. L'élément statifié absorbant l'énergie en forme de lame 1 représenté sur les figures 1 et 1A sert d'âme à un ski en mousse rigide de polyuréthane (Baydur - marque déposée de la firme Bayer AG - Allemagne). La surface de cette lame qui a une largeur de 75 mm et une épaisseur de 11,5 mm comporte une couche de caoutchouc 2 qui contient des faisceaux retordus de fibres, en particulier des câblés 3 d'acier, la couche 2 formant une structure 2 à grille constituée par deux rangées de bandes parallèles resp. 4 et 5 de caoutchouc vulcanisé qui se croisent sous un angle a de 900. Les couches 4, 5 sont vulcanisées l'une à l'autre aux endroits de leurs surfaces 6 de contact mutuel.Les bandes 4, 5 ont chacune une largeur de 10 mm, une épaisseur de 0,8 mm et comportent chacune huit câblés 3 d'acier positionnés dans le sens de la longueur de la bande et ayant la construction standard de 4 x 0,175. La distance "a" entre deux bandes parallèles successives est de 30 mm et la largeur "b" de la structure à grille est de 55 mm. La structure à grille pèse 53 g/m. L'élément stratifié est fabriqué de la manière suivante : on place la structure R grille dans le fond d'un moule de dimensions appropriées, après quoi on verse le mélange Baydur à mousser dans le moule qui est ensuite fermé. Après for s mation de la mousse, on obtient une lame à âme poreuse et à enveloppe dense, contenant la structure à grille. La structure en mousse est vulcanisée pendant environ 8 minutes à 600 C. De la même manière, on incorpore dans une lame en Baydur ayant les mêmes dimensions une structure à grille, le ruban ayant une largeur de 15 mm et comprenant 12 câblés d'acier (4 x 0,175). Les bandes 4 et 5 se croisent sous un angle a de 900 et la distance "a" est dans ce cas de 23 mm. La structure à grille pèse 80 g/m. Selon une troisième variante, on utilise une structure à grille du type illustré dans les figures 2 et 2A. Les bandes 4 et 5 se croisent sous un angle a de 90a et la largeur du ruban est de 10 mm. La distance "a" entre les bandes successives est réduite de moitié par rapport aux figures 1 et lA et le nombre de surfaoes de contact mutuel est doublé. Cette structure à grille pèse donc 106 g/m. Les bandes 4 et 5 forment chacune un angle a de 450 avec l'axe longitudinal de la lame. En vue des essais comparatifs décrits ci-dessous, on a fabriqué également trois variantes d'éléments stratifiés telles que décrites ci-dessus, mais possédant la même structure à grille dans la face supérieure et dans la face inférieure de la lame en Baydur (voir figure 2A). Enfin, on a fabriqué deux variantes analogues d'éléments stratifiés de dimensions égales mais où la structure à grille a été remplacée par une couche pleine de caoutchouc vulcanisé de 55 mm de largeur, 0,8 mm d'épaisseur et d'un poids de 113 g/m. Dans cette couche de caoutchouc, on a noyé 44 câblés d'acier 4 x 0,175 dans le sens de la longueur. L'une des deux variantes comportait une telle couche de caoutchouc renforcée sur une de ses faces, tandis que l'autre était recouverte de chaque côté d'une couche de caoutchouc renforcée de câblés d'acier. Les huit lames ainsi fabriquées ont été soumises à un essai de torsion, l'une des extrémités étant coincée, et à une distance de 35 cm de cette extrémité, on a an qué un moment de torsion M de 4,9 Nm tout en mesurant le déplacement angulaire 0rad Sur la base de ces données; on a calculé le module de cisaillement G suivant la formule 4 où le moment d'inertie en torsion I = C1 n t pour C1 = 1/3 rl - 0,63/n + 0,052/n2 J, avec n ~ 75/11,5 (rapport largeur/épaisseur de la lame) et avec t = 11,5cm, c'est-à-dire l'épaisseur de la lame. Les résultats des mesures sont résumés dans le tableau ci-dessous. Construction de l'élément G (N/cm ) % stratifié Augmentation résistance à la torsion 1. Lame Baydur sans bandes d'amortissement 46.807,5 0 2. Lame à structure à grille 68.299,4 + 45,91 unique de 53 g/m 68.299,4 + 45,91 3. Lame à structure à grille unique de 80 /m 70,704,5 + 51,05 4. Lame à structure à grille unique de 106 g/m 73.684,9 + 57,42 5. Lame à deux structures à grille de 53 g/m chacune 85.799,1 + 83,3 6. Lame à deux structures à grille de 80 g/m chacune 97.895,4 + 109,14 7. Lame à deux structures à grille de 106 g/m chacune 121.672,3 + 159,94 Construction de l'élément G (N/cm2) stratifié Augmentation résistance à la torsion 8.Lame à couche d'élastomère unique pleine de 113 g/m 41.107,6 - 12,18 9. Lame à deux couches d'élas tolère pleine de 113 g/m 44.087,4 - 5,18 De ces données, il ressort clairement que la résistance à la torsion peut être améliorée sensiblement en appliquant sur une lame rigide des structures à grille suivant l'invention. En plus, il s'avère que l'application d'une ou de deux couches de caoutchouc à renforcement longitudinal (essais 8 et 9) n'augmentent pas la résistance à la torsion, bien au contraire, et cela malgré le fait que le poids de ces couches par unité de surface recouverte est supérieur à celui des structures à grille.En général, il sera préférable de choisir pour les bandes 4, 5 une largeur comprise entre 20 % et 120 % de la distance "a" (figures l et 1A) entre deux bandes parallèles succes sives. On a aussi effectué un certain nombre d'essais c-paratifs d'amortissement, pendant lesquels d'une part des couches pleines de caoutchouc renforcées de câblés d'acier et d'autre part des structures à grille. suivant l'invention ont été fixées sur une plaque en aluminium. La plaque en aluminium était maintenue dans un étau par l'une de ses extrémités et avait une longueur saillante libre de 300 mm, une épaisseur de 0,8 mm et une largeur de 55 mm. L'extrémité libre a été courbée élastiquement sous l'effet d'une charge oerpendiculaire à la surface de la plaque et ensuite relâchée de façon que cette extrémité de la plaque retourne dans sa position initiale après avoir exécuté un mouvement vibratoire amorti. La vibration a été enregistrée à une distance de 200 mm de la ligne de coincement, l'amortissement de la vibration étant reproduite visuellement à l'aide d'un oscilloscope. On a calculé à partir de cette représentation graphique la diminution logarithmiqued del'amortissement suivant la formule On a répété cet essai sur une plaque identique recouverte d'un côté dans sa zone centrale d'une couche de caoutchouc de 35 mm de largeur, 0,8 mm d'épaisseur et contenant 28 câblés d'acier disposés suivant la perpendi- culaire sur la ligne de coincement. Par ailleurs, la même plaque en aluminium a été recouverte d'une structure à grille de 53 g/m comme décrite ci-dessus at soumise au même essai d'amortissement. Le tableau ci-dessous donne les valeurs de d Structure de l'élément d stratifié d'augmentation de l'amor tissement 1. Plaque en aluminium 0,0062 0 2. Plaque à couche pleine 0,01495 138 % de caoutchouc 0,01495 138 % 3.Plaque à structure à grille (53 g/m) 0,90959 52,7 % De ces données, on peut donc conclure que la capacité d'amortissement d'une structure à grille de 53 g/m est sensiblement plus faible que celle d'une coucbe pleine d'émastomère renforcée longitudinalement, mais qu'elle améliore fortement les propriétés d'amortissement par rapport à celles d'une plaque rigide non recouverte. Il faudra par conséquence adapter les dimensions de la structure à grille afin d'obtenir une combinaison optimale d'augmentation d'amortissement et d'augmentation de résistance à la torsion. Pour certaines applications caine les skis, il faudra maintenir le plus faible possible le poids de la structure à grille à incorporer. L'application de structures à grille (au lieu de couches pleines de caoutchouc renforcées dans le sens de la lon tueur} offre encore un autre avantage tour les skis, du fait que la rigidité n'augmente pas trop. Ce n'est, par ailleurs, pas seulement la résistance à la torsion qui est augmentée, mais également l'amortissement de la torsion. Une structure à grille qui constitue un bon compromis quant à l'amortissement et à l'augmentation de la résistance à la torsion et possède un poids faible est représentée à la figure 3. Cette structure à grille comporte deux séries de bandes 4, 5 qui se croisent sous un angle a de 9o0, Une troisième série de bandes 7 parallèles est disposée dans le sens de l'élément stratifié qui est le plus exposé aux vibrations et qui doit donc être le plus amorti. Pour un ski, les bandes 7 seront disposées dans le sens de la longueur du ski. Cependant, les bandes 4, 5 qui forment chacune un angle de 45o avec l'axe longitudinal du ski, augmentent considérablement la résistance à la torsion et l'amortissement de la torsion. La figure 4 est une vue en plan d'un ski 8. On peut incorporer dans la zone médiane du ski, par exemple dans la partie inférieure de l'âme 1, une structure à grille 2 d'une longueur de 30 à 50 cm et comportant trois séries de bandes 4, 5, 7 comme décrit ci-dessus (voir aussi vue en coupe de la figure 5). Les bandes longitudinales 7 favoriseront l'amortissement dans le sens de la longueur et les bandes 4, 5, la résistance à la torsion et l'amortissement de la torsion. Il est aussi possible de placer sur la partie supérieure et la partie inférieure deux structures d'amortissement différentes.On peut par exemple appliquer au-dessus de la couche d'âme du ski une structure à grille comme dans les figures 1 et 1A, soit sur une partie, soit sur la totalité de la longueur du ski et dans la partie inférieure du ski une couche de caoutchouc renforcée dans le sens de la longueur pour améliorer l'amortissement. Il dépendra de la construction et de l'application de l'élément stratifié, à quel endroit il est préférable d'appliquer la structure à grille, quels sont les rapports dimensionnels et angles de croisement optimaux et si une combinaison est souhaitable avec d'autres moyens d'amortissement ou avec des couches augmentant la résistance à la torsion. Des bandes d'amortissement et/ou des grilles 9, lo augmentant la résistance à la traction peuvent aussi être incorporées comme il est suggéré à la figure 4. L'angle a entre les séries de bandes 4, 5, ainsi que le rapport de la largeur des bandes et la distance "a" entre elles peuvent être adaptés à la position de la grille dans le ski. Il est en outre possible de faire varier progressivement, si on le désire, dans une même grille 9, 10, l'angle a d'une extrémité de la pellicule à l'autre. On peut en même temps faire varier les largeurs des bandes et les distances entre les bandes afin d'obtenir un comportement très spécifique optimal d'amortissement et de résistance adapté à la construction du ski. Le ski 8 peut comprendre en plus les couches habituelles de renforcement 11 qui enveloppent la structure de l'âme 1 comme montré dans la figure 5, ainsi qu'une couche de finition 12 à la partie supérieure et une semelle 13 en contact avec les carres d'acier 14 à proximité de ses rives longitudinales. REVENDICATIONS 1. Elément stratifié absorbant l'énergie comportant au moins une couche (1) d'un matériau rigide recouverte sur au moins l'une de ses surfaces planes et sur une partie de sa surface d'une couche d'élastomère (2) dans laquelle sont noyés des faisceaux retordus de fibres (3),~caractérisé en ce que cette couche d'élastomere est une structure à grille, constituée par au moins deux séries de bandes en élastomère (4, 5) à neu près parallèles et renforcées par des faisceaux retordus de fibres (3), ces bandes se croisant sous un angle a compris entre 100 et 1200 et étant reliées entre elles aux endroits où elles sont en contact mutuel (6) 2.Elément stratifié selon la revendication 1, caractérisé en ce que la largeur des bandes (4, 5) est comprise entre 20 % et 120 % de la distance "a" entre les bandes successives. 3. Elément stratifié selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bandes (4, 5) sont renforcées dans le sens de leur longueur par une série de câblés d'acier (3 > . 4. Objet en forme de plaque, caractérisé en ce qu'il contient un élément stratifié selon l'une quelconque des revendications précédentes. 5. Objet selon la revendication 4 en forme de patin, caractérisé en ce qu'il comnorte une structure d'ame constituée par un élément stratifié en forme de lame selon l'une quelconque des revendications 1 à 3. 6. Structure à grille destinée à constituer un produit intermédiaire pour la fabrication d'un élément stratifié absorbant l'énergie selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle est constituée d'au moins deux séries. de bandes en élastomère (4, 5) à peu près parallèles et renforcées de faisceaux retordus de fibres (3) qui se croisent sous un angle a compris entre 100 et 1200 et qui sont reliées entre elles aux endroits où leurs surfaces sont en contact mutuel (6).