Brevet FR2658425A1 — publié le 19910823

NATERIAU DE BASE DE SKI DE NEIGE ET SA FABRICATION DOMAINE DE L'INVENTION Cette invention se rapporte à un matériau de base amélioré pour ski de neige fait de polyéthylène à poids moléculaire très élevé (UHMWPE) et à un procédé de trempe pour la fabrication d'une base (connue comme "semelle") de skis de neige de haute performance, ayant une transparence et une capacité d'absorption de la cire améliorées. ART ANTERIEUR Des bases de skis de neige résistant à l'usure faites en matériaux du groupe UHMWPE sont connues, telles que celles décrites dans les Publications de Brevet Japonais Accessibles au Public, Sho 61-82772 et Sho 62-217980, par exemple. Cependant de tels matériaux UHMWPE comme décrit dans le document Sho 6182772, par exemple, présentent souvent une faible capacité de diffuser la cire et une capacité encore moindre de permettre à la cire de pénétrer dans ceux-ci, et par conséquent,de telles bases manquent rapi- dement de capacités de glissement dans des conditions de neige défavorables. RESUME DE L'INVENTION Le but de la présente invention est de fournir un matériau de base de ski de neige UHMWPE (ci-après désigné comme matériau de base de ski) qui possède des capacités élevées d'absorber et de retenir la cire. Selon un aspect de cette Invention, il est fourni un matériau de base de ski de UHMWPE ayant un poids moléculaire supérieur à 500 000 et une transmillivité de la lumière supérieure à 10 %. Selon un autre aspect de cette invention, il est fourni un matériau de base de ski de UHMWPE ayant une capacité d'absorption de cire supérieure à 1,8 mg/cm'. Selon encore un autre aspect de cette invention, il est fourni un procédé de fabrication d'une base de ski de neige (ci-après désignée comme base de ski) utilisant ledit matériau de UHMWPE en le chauffant jusqu'à un état de fusion contrôlée suivi d'une trempe. BREVE DESCRIPTION DU DESSIN La Figure 1 est une vue inclinée d'une section transversale d'une planche de ski pour illustrer sa construction. DESCRIPTION DETAILLEE DE LA PRESENTE INVENTION La Figure 1 montre une section trans- versale d'une planche de ski faite avec le maté- riau de base de ski présenté dans cette invention, et montre plusieurs composants référencés par des numéros de référence Le numéro de référence 1 correspond à un matériau coeur, fait de résines 2 des lames de renforcement supérieures et infé- rieures 2, qui sont faites de matériaux en bande constitués de métaux tels que des alliages d'aluminium à haute résistance, et de non-métaux tels que des matériaux en bande de polymères renforcés de fibres de verre ou de fibres de carbone La surface supérieure de l'assemblage ci-dessus est prévue avec un composant décoratif 3, qui est ensuite recouvert avec une couche de protection transparente 4, d'épaisseur de 20 à Fm, faite de résines d'uréthane ou de polyester insaturé, de façon à ce que la décoration soit visible La couche transparente 4 est la surface extérieure la plus haute de la planche de ski. La lame de renforcement inférieure 2 est montrée dans cette figure faisant face au sommet de la page et est fixée audit matériau de base 5 d'épaisseur 0,5 à 1,5 mm La surface ainsi construite dudit matériau de base de ski devient la surface de glissement 5 en contact avec la neige Par conséquent, bien que montrée au niveau inférieur de la planche de ski dans cette figure, le numéro 6 correspond à des protections de bordures esthétiques, faites d'alliages d'aluminium, disposées sur la surface supérieure de la planche de ski quand elle est utilisée, et le numéro 7 se rapporte aux carrés de glissement. faites d'aciers au carbone ou d'autres matériaux métalliques durs, disposés sur la surface de glis- sement. Le matériau de base ci-dessus 5 est fait de UHMWPE ayant un poids moléculaire supérieur à 500 000 possédant une transmissivité de la lumière supérieure à 10 %, et de préférence ayant en plus un indice de fusion non supérieur à 0,01 et le degré de cristallinité inférieur à 55 %. Quand la base de ski est faite d'un matériau UHMWPE ayant le poids moléculaire supérieur à 500 000 et une transmissivité supé- rieure à 10 %, parce que les régions non cris- tallines sont réparties à travers l'épaisseur de la base, la capacité d'absorption de cire de la base est accrue à une valeur supérieure à 1,8 mg par cm 2 de surface de glissement de la base, en comparaison avec des matériaux similaires classiques Cela résulte du fait que beaucoup de régions dans lesquelles la cristallisation est supprimée, telles que des régions amorphes ou paracristallines, -sont réparties dans toute la base du ski de la surface vers l'intérieur. Les définitions de la transmissivité de la lumière et de la capacité d'absorption de la cire seront définies plus loin. Un procédé de fabrication de la base utilisant un tel matériau UHMWPE sera décrit dans la suite. Une poudre de matériau de UHMWPE, de poids moléculaire supérieur à 500 000 et de pré- férence supérieur à 1000 000 et possédant de plus un indice de fusion inférieur à 0,01, est sélec- tionnée à partir de tels matériaux potentiels comme " Highzex Million" fabriqué par Mitsui Qil and Chemicals ou "Hostallen GUR" fabriqué par Hochest Chemicals Le poids moléculaire considéré ici est celui mesuré par la méthode de viscosité. Cette poudre est chargée dans un moule métallique et pressée à chaud pour obtenir une préforme en forme de disque Les conditions de pressage à chaud sont, par exemple, pressage sous 10 M Pa pendant 5 à 10 minutes à température ambiante, suivi d'un pressage sous 2 à 5 M Pa à des températures de 2000 à 2500 C pendant 7 à 10 heures, et achèvement par refroidissement durant 4 à 7 heures tout en augmentant la pression progressivement jusqu'à M Pa. La préforme en forme de disque est soumise au dolage (détacher une couche mince à partir de la périphérie extérieure) pour obtenir une bande mince de polyéthylène ayant la même largeur que la préforme et une épaisseur dans l'intervalle de 0,5 à 2 mm. La bande est coupée selon une longueur convenable pour une planche à ski, et est chauffée par un procédé convenable aux températures entre 140 et 1500 C durant 10 à 30 minutes Ce qui est demandé dans cette étape du traitement est d'assou- plir suffisamment la bande de polyéthylène pour l'étape de traitement suivante Par conséquent, le choix de la méthode de chauffage peut inclure n'importe lequel des procédés de chauffage tels que chauffage par infrarouge lointain, chauffage par résistance chauffante, flamme de gaz et vapeur sous pression élevée Il est souhaitable de mainte- nir la bande en position horizontale pendant le chauffage Il est aussi souhaitable d'éviter l'oxyda- tion de sa surface en protégeant la bande entre deux films de téréphtalate de polyéthylène, Teflon, feuilles d'aluminium ou en chauffant la bande dans une atmosphère contrôlée t-elle que dans un gaz inerte. Dans cette étape de traitement, si le poids moléculaire est au-dessus de 500 000, c'est à dire si son indice de fusion n'est pas plus que 0,01, il est possible d'éviter sa liquéfaction et de garder la forme massive du matériau UHMWPE qui deviendra seulement caoutchouteux dans les condi- tions spécifiées ci-dessus La bande chauffée peut alors être suspendue verticalement sans perdre entièrement sa forme. Quand toutes les phases cristallines de la bande de UHMWPE ont été fondues ou sont devenues amorphes et transparentes, la bande est sortie du four et est trempée immédiatement en l'immergeant dans un bain de trempe tel que de l'eau froide Le bain de trempe peut aussi être un mélange d'alcool et de neige carbonique ou d'azote liquide, ou d'autre milieu liquide à basse tempé- rature qui possède une capacité calorifique élevée. La vitesse de refroidissement doit être supérieure à 1000 C/s, et de préférence au dessus de 2001 C/s afin que la phase amorphe accentue ainsi l'orien- tation vers une capacité élevée d'absorption de la cire Des procédés de trempe incluent de placer un bain de trempe, assez grand pour contenir la bande, à côté du four de chauffage de façon à ce que la bande puisse être immergée dans le bain en une seconde après sa sortie du four. Un tel refroidissement rapide de la bande de UHMWPE chauffée provoque la conservation de l'état amorphe du matériau assoupli et supprime la cristallisation pendant le refroidissement. Les distorsions de la bande de UHMWPE créées par les contraintes de trempe sont corrigées par post-chauffage de la bande trempée de 70 à 900 C, et étirage de la bande dans la direction longitudinale pendant plusieurs minutes et en la refroidissant sous tension. Le matériau de base ainsi produit est ensuite soumis à des étapes d'activation de surface telles que traitement à la flamme de façon à améliorer la propriété d'adhérence du matériau de base, et après ce traitement, la couche de surface du matériau de base est légèrement éliminée pour son finissage comme surface de glissement Ensuite, la liaison entre les matériaux de la base, les renforcements 2, et le matériau coeur 1 est réalisée par les techniques classiques de production d'une planche de ski. La phase cristalline à travers l'épaisseur du matériau de base de UHMWPE ainsi obtenue a été gardée à un minimum de la surface à l'intérieur par l'action combinée du chauffage contrôlé et de trempe rapide, et la base faite d'un tel matériau possède une transparence et une transmissivité de la lumière supérieures en comparaison avec la base de ski frittée classique Dans la présente invention, le matériau de base acceptable est défini comme celui ayant une transmissivité de la lumière supérieure à 10 %. La transmissivité de la lumière est fondée sur la longueur d'onde de 517 nm transmise à travers un échantillon de UHMWPE de 1,00 mm d'épaisseur La méthode de mesure est comme suit. Un échantillon pour mesure de la transmission de lumière est préparé par polissage et dispersion d'huile silicone sur les deux surfaces de la bande trempée, et recouvrement des deux surfaces avec des lames de verre de microscope de façon à remplir l'espace capillaire entre l'échantillon et la lame de verre avec de l'huile silicone On fait cela afin d'éviter les effets de diffusion de la lumière dus à la présence d'irrégularités sur la surface de l'échantillon de UHMWPE Une référence pour comparaison est aussi fabriquée sous la forme de lames de verres en sandwich remplies avec la même huile silicone La transmission de la lumière à travers l'échantillon est mesurée avec un spectro- photomètre à la longueur d'onde de 517 nm, et la transmissivité à l'épaisseur exacte de 1,00 mm est calculée selon la loi de Lambert. Le matériau UHMWPE possédant une transmis- sivité de la lumière supérieure à 10 % a une bonne transparence et la base de ski préparée à partir d'un tel matériau fournit une excellente visibilité des motifs/impressions 8 inscrits sur la surface des lames de renforcement 2 à travers le matériau de base de ski transparent 5 adapté pour devenir la surface de glissement, comme décrit en Figure 1. Parce que la base est claire, meme des fins détails peuvent être parfaitement observés sur la base du ski, en comparaison avec les matériaux de base de ski préparés de façon classique. En outre, les matériaux de base faits de UHMWPE ayant une transmissivité supérieure à % ont une capacité supérieure d'absorption de cire telle que représentée par une valeur de 1,8 mg par cm 2 de la surface de glissement. Comme démontré dans le mode préféré de réalisation précédent, la base de ski préparée par chauffage et trempe d'un matériau UHMWPE selon cette invention a une transmissivité de la lumière supérieure à 10 % lorsque la cristallisation est supprimée de la surface à l'intérieur de la base et donne une transparence et une capacité d'absorption de cire remarquables. Par conséquent, les skis équipés avec la base de ski inventée demandent un fartage moins fréquent et peuvent fournir les avantages d'une performance excellente, par rapport à d'autres skis munis d'une base de ski classique, quand on skie sur neige humide, neige fraîche, ou sur une longue distance ou dans d'autres conditions difficiles dans lesquelles le fartage peut fournir l'instru- ment d'une victoire critique. En outre, parce que la base a une bonne transprence, elle donne une excellente visibi- lité des motifs décoratifs et des inscriptions, qui sont dessus, fournissant ainsi une opportunité remarquable pour l'identification d'un produit. La capacité d'absorption de la cire est mesurée comme suit Un échantillon de UHMWPE de mm x 25 mm est pesé pour obtenir son poids initial (moi mg) et les mesures de la surface (A, cm 2) sont effectuées Il est ensuite immergé dans de la paraffine fondue, ayant un domaine de fusion de 52 à 540 C (DA 6 9 ou DA 8 8, par exemple Merk N% 7152) maintenue à 1100 C + 20 C Après dix minutes d'immersion, l'échantillon est sorti et essuyé immédiatement avec un papier ou tissu absorbant. L'échantillon est refroidi pendant dix secondes et ensuite immergé dans une solution de diéthyléther pendant dix secondes pour éliminer les traces de cire de la surface L'échantillon nettoyé est pesé pour déterminer le nouveau poids de l'échantillon (M) et la quantité de cire absorbée W est calculée selon la formule suivante: W =(M M 0) A (mg/cm 2) On d trouvé que ces échantillons de UHMWPE présentant des valeurs de transmission de lumière supérieures à 10 %, possèdent des valeurs élevées de capacité d'absorption de cire On pense que ces échantillons possèdent de faibles degrés de cristallinité et de hauts degrés d'amorphisation, et parce que le matériau amorphe a une bonne miscibilité avec la cire, la capacité d'absorption de cire de tels matériaux amorphes est accrue. On a en outre trouvé que ces échantil- Ions de UHMWPE ayant une transmissivité supérieure à 10 % montrent de faibles degrés de cristallinité d'environ 55 % ou moins. Le degré de cristallinité est déterminé à partir de la densité du UHMWPE comme suit. La formule du degré de cristallinité d'un échan- tillon ayant une densité d est donnée par les valeurs respectives de la densité des phases cris- tallines dc et de la phase amorphe da selon la formule suivante. DEGRE DE CRISTALLINITE (%) = ldc(d-da)l/ld(dc-da)lx 100 o les valeurs de dc et da sont respectivement égales à 1,000 g/cm 3 et 0,856 g/cm 3 Par conséquent, une valeur de densité peut être facilement déterminee sur un petit morceau d'échantillon découpé sur une bande traitée à chaud en utilisant un tube à gradient de densité (c'est à dire, un tube conte- nant des couches superposées de liquides de densités différentes). Dans la suite, sont présentés certains exemples de modes préférés de réalisation. UN PREMIER MODE PREFERE DE REALISATION Une préforme de UHMWPE ayant un poids moléculaire de 4 000 000 a eété transformé en échantillon test mesurant 10 cm de largeur x 200 cm de longueur x 1,0 mm d'épaisseur par dolage Ce matériau présentait 62,6 % de cristallinité, 1,54 mg/cm 2 de capacité d'absorption de cire et 6 % de transmissivité de la lumière 1 1 Le matériau ci-dessus a été transformé en un matériau de base de ski par chauffage pendant 20 minutes à 150 C, trempe à 10 C et mise en forme en utilisant une légère tension à 60 C. Ce matériau de base de ski présentait 51,7 % de cristallinité, 2,18 mg/cm 2 de capacité d'absorption de cire et a augmenté sa transmissivité de la lumière à 33,7 %. UN SECOND MODE PREFERE DE REALISATION Une préforme de UHMWPE ayant un poids moléculaire de 6 000 000 a été transformée en un matériau de base de ski en utilisant la même procédure que dans le premier mode préféré de réalisation Le matériau non traité présentait 56,8 % de cristallinité, 1,58 mg/cm 2 de capacité d'absorption de cire et 7,01 % de transmissivité de la lumière. Le matériau ci-dessus a été traité à chaud à 140 C pendant 30 minutes et trempé à l'eau à 20 C Ce matériau a été traité par la même procédure de mise en forme que dans le premier mode préféré de réalisation. Le matériau de base de ski préparé ainsi présentait 50,7 % de cristallinité, 2,01 mg/cm 2 de capacité d'absorption de cire et améliorait sa transmissivité de la lumière à 18,5 %. UN TROISIEME MODE PREFERE DE REALISATION Une préforme de UHMWPE ayant un poids moléculaire de 8 000 000 a été transformé en matériau de base de ski en utilisant la même pro- cédure que dans le premier mode préféré de réalisation Le matériau non traité présentait 58,4 % de cristallinité, 1,47 mg/cm 2 de capacité d'absorption de cire et 8,5 % de transmissivité de la lumière. Le matériau ci-dessus a été traité à chaud à 1601 C pendant 10 minutes et trempé à l'eau à 00 C Ce matériau a été mis en forme par la même procédure de mise en forme que dans le premier mode préféré de réalisation. Le matériau de base de ski ainsi préparé présentait 50,9 % de cristallinité, 2,40 mg/cm 2 de capacité d'absorption de cire et a amélioré sa transmissivité de la lumière à 16,2 %. EXEMPLE DE COMPARAISON N 01 Un matériau de base de ski de 1,5 mm d'épaisseur a été fabriqué en extrudant un UHMWPE ayant un poids moléculaire de 100 000 La cristal- linité était de 72,6 %, sa capacité d'absorption de cire était de 1,57 mg/cm 2 et sa transmissivité de la lumière était de 1,4 %. EXEMPLE DE COMPARAISON N 02 Un matériau de UHMWPE ayant un poids moléculaire de 200 000 a été transformé en matériau de base de ski par le procédé décrit dans le premier mode préféré de réalisation. Le matériau ci-dessus a été traité à chaud à 1500 C pendant 20 minutes, on a alors décou- vert que la trempe ne pouvait être effectuée car le matériau était devenu trop fluide. REVENDICATIONS 1 Un matériau de base de ski de neige comprenant essentiellement du polyéthylène de poids moléculaire très élevé ayant un poids molécu- laire supérieur à 500 000 et une transmissivité de la lumière supérieure à 10 %. 2 Un matériau de base de ski de neige selon la revendication 1, caractérisé en outre par une valeur de la capacité d'absorption de cire supérieure à 1,8 mg par centimètre carré de l'aire de la surface de glissement. 3 Un matériau de base de ski de neige selon la revendication 1, caractérisé en outre par une valeur de l'indice de fusion non supérieure à 0,01. 4 Un matériau de base de ski de neige selon la revendication 1, caractérisé en outre par une valeur de degré de cristallinité inférieure à 55 %. Un procédé de fabrication du matériau de base de ski de neige, dans lequel ledit matériau de base comprenant essentiellement du polyéthylène de poids moléculaire très élevé ayant un poids moléculaire supérieur à 500 000 est traité à chaud par un processus -de chauffage à deux étapes vers un état de fusion contrôlé suivi d'une trempe. 6 Un procédé de fabrication d'un matériau de base de ski de neige selon la revendication 5, dans lequel ledit matériau de base de ski est trempé à une vitesse dépassant 1000 C par seconde.