Brevet FR2683731A1 — publié le 19930521

PROCEDE POUR LA FABRICATION D'UNE STRUCTURE MOULEE COMPLEXE, ET NOTAMMENT D'UN SKI. L'invention concerne un nouveau procédé pour la réalisation d'une structure moulée complexe de manière générale, et en particulier de ski. On désigne par "structure moulée complexe", une structure moulée contenant au moins une âme centrale, telle que par exemple constituée de bois, de poluyréthane, de mousse acrylique prépolymérisée et au moins un élément de renfort, tel que notamment constitué par une nappe textile pré -imprégnée d'une résine thermodurcissable. On a décrit dans le document US-A-3 940 468, un procédé de fabrication d'une poutre, composée de surfaces extérieures réalisées en stratifié de verre imprégnés de résine polyester, et d'une âme de remplissage, notamment en polyuréthane. Ce procédé consiste à injecter les composants de la mousse de polyuréthane mélangés à l'intérieur de l'espace ménagé dans le moule, entre les surfaces extérieures imprégnées. L'exothermie de la réaction, ajoutée à la mise en température du moule entrainent la cuisson des résines d'imprégnation et de la résine polyester injectée avec le polyuréthane. L'utilisation d'éléments de renfort constitués de pré-imprégnés, autrement dit de nappes textiles imprégnées d'une résine thermodurcissable, mais dans laquelle la résine se présente sous un état de gel, appelé par les spécialistes "stade B", est connu. Dans cet état, la résine d'imprégnation a commencé son durcissement et se trouve dans un état non pégueux, favorisant de la sorte la manipulation de tels éléments de renfort Le problème crucial relatif à l'utilisation de tels pré-imprégnés en liaison avec une âme rigide, que celle-ci soit constituée de bois, d'une matière plastique, ou encore d'un produit moussant destiné à devenir solide après durcissement, tel que notamment du polyuréthane, consiste à pouvoir faire adhérer ces deux éléments de manière complète, afin de ne pas observer de phénomène de délaminage lors de l'utilisation de la structure résultante, ou même de décollement local. Il importe donc pour ce faire que la résine de préimprégnation des éléments de renfort qui lors de la réalisation de la structure finale va être chauffée dans le moule, redevienne de la sorte transitoirement très fluide avant d'achever son durcissement. Le retour à un état très fluide de la résine lui permet de mouiller de la manière la plus complète et correcte possible les éléments voisins, et notamment l'âme centrale. En d'autres termes, la qualité d'adhérence entre l'élément de renfort et l'âme centrale dépend de la qualité du mouillage de la résine de préimprégnation, et s'avère donc fonction du retour transitoire à la phase liquide de ladite résine, à savoir notamment son abaissement temporaire de viscosité. Comme on le sait, on intègre dans ces résines d'imprégnation un réactif chimique ayant un rôle de durcisseur, dont l'action chimique est déclenchée par l'élévation de température du moule Lors du chauffage du moule, on observe donc une compétition entre d'une part, la baisse de viscosité transitoire de la résine résultant de son élévation de température, et d'autre part l'augmentation de viscosité de la résine résultant de l'action chimique du durcisseur. De la sorte, la température du moule et la cinétique de montée en température de celui-ci doivent être telles que l'on obtienne une baisse de viscosité suffisante de la résine de pré-imprégnation des éléments de renfort afin d'obtenir le mouillage le plus correct possible avant la prise en masse de ladite résine inhérente à l'élévation de température déclenchant l'action du durcisseur. Or, cette cinétique de montée en température influe également sur l'importance de l'abaissement de viscosité de la résine de pré-imprégnation. De fait, plus l'augmentation de température de la résine est rapide, plus l'abaissement de viscosité de la résine est important, et meilleur devient le mouillage des éléments par la résine, donc meilleure est la qualité des collages obtenus. Or on a constaté, et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention, qu'un bon compromis consistait à prévoir une cinétique de montée en température du moule d'au moins 2"C par seconde, cette cinétique devant être appliquée au moins jusqu'à ce que cumulativement, le point de viscosité minimum des résines de pré-imprégnation et la température de déclenchement de la réaction de cuisson du durcisseur soient obtenus. En d'autres termes, l'invention consiste à imposer une cinétique minimum de montée en température du moule lorsque les différents éléments constitutifs de la structure moulée complexe à réaliser sont mis en place dans le moule. Dans certains cas, cette étape de cuisson comporte un palier thermique, dont la durée est fonction des éléments constitutifs de la structure à réaliser, qui se prolonge par une phase de descente en température. En revanche, dans d'autres cas, cette étape de cuisson comporte uniquement une phase ascendante suivie immédiatement d'une phase descendante en température. Avantageusement, la température du moule avant le début de l'étape de cuisson est comprise entre 20 et 600C. De la sorte, les éléments constitutifs de la structure peuvent être positionnés dans le moule en étant déjà préchauffés, et ce, sans risquer que les opérateurs se brûlent au contact du moule. Ce préchauffage permet en outre de réduire le cycle de moulage total de la structure. Enfin, il permet une mise en forme et en dimension des différents éléments entrant dans la constitution de la structure, qui peuvent alors se caler dans le moule : en effet, ce pré-chauffage favorise leur déformation. L'âme rigide constitutive de la structure est constituée de bois, ou d'une matière plastique choisie dans le groupe constitué par le polyuréthane ou une mousse acrylique prépolymérisée. Selon une autre forme de réalisation de l'invention, on procède à la réalisation de l'âme rigide in situ, notamment par injection des constituants d'une mousse avant, pendant ou après le début de l'étape de cuisson. De la sorte, on peut utiliser l'exothermie de la réaction de polymérisation des constituants de la mousse afin d'induire le début de la phase de cuisson de la résine. Selon l'invention, les résines de pré-imprégnation sont choisies dans le groupe constitué préférentiellement par les résines epoxyde, et également dans le groupe des résines polyester, vinynester et polyuréthane. Enfin, selon le procédé de l'invention, on maintient, après la phase de cuisson de la résine de pré-imprégnation, la structure moulée complexe obtenue en pression, en conservant le moule fermé sous la presse, après retour à 30"C pendant environ 2 mn dans le but de continuer le refroidissement à coeur du noyau et d'éviter les déformations et autres gonflements résiduels de la structure. La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux de l'exemple de réalisation qui suit, donné à titre indicatif et non limitatif à l'appui des figures annexées. La figure 1 est une représentation schématique d'une coupe transversale dans son moule d'une structure moulée complexe conforme à l'invention. La figure 2 est une courbe représentative de la cinétique de l'évolution thermique de l'étape de montée en température d'une structure moulée complexe telle que représentée sur la figure 1. La figure 3 est une courbe représentative de la variation de la viscosité de la résine de pré-imprégnation lors de l'étape de montée en température, telle que représentée sur la figure 2. Selon l'invention, on positionne dans l'empreinte inférieure (1) d'un moule, un premier élément de renfort, typiquement constitué par une nappe textile (3), par exemple en tissu de verres, en fibres de carbone, voire en KEVLAR (marque déposée), pré-imprégnée d'une résine époxyde. De manière connue, cette nappe textile de renfort est non pégueuse lors de sa mise en place dans le moule. On positionne alors au dessus de cette nappe et contre les parois latérales du moule (1) deux chants (4,5), réalisés en tout matériau, et par exemple en ABS ou en lamifié phénolique. Enfin, on dépose sur ces deux chants (4,5) une nouvelle nappe textile de renfort (6) de nature similaire à celle précedemment décrite. On ferme alors le moule en positionnant la partie supérieure (2) sur les parois latérales de la partie inférieure (1), et on procède à l'injection dans l'espace interne ainsi défini entre les deux nappes textiles de renfort (3) et (6) et les chants (4,5) des constituants d'une mousse de polyuréthane à savoir un polyol et un isocyanate. De manière connue, lorsque l'on mélange ces deux réactifs, une réaction de polymérisation exothermique se produit, provoquant l'expansion d'une mousse (7). Avantageusement, la mise en place des différents éléments (3,4,5,6) dans le moule s'effectue à une température de 30"C. On peut utiliser d'ores et déjà l'exothermie de la réaction de polymérisation du polyuréthane, pour amorcer la phase de cuisson de la résine époxyde d'imprégnation des nappes textiles de renfort. Corollairement, on complète cette cuisson par une élévation de température du moule de telle sorte à obtenir pendant toute la phase ascendant de cuisson une cinétique de montée en température voisine de 2,5"C par seconde. Cette phase de montée en température peut avoir une durée variable typiquement comprise entre une demi-minute et une minute. Elle se poursuit par un palier thermique, pendant lequel, d'une part la réaction de polymérisation du polyuréthane se poursuit, et d'autre part, la cuisson de la résine se termine. Ce palier thermique peut avoir une durée variable, typiquement comprise entre une et dix minutes. Il se poursuit par une descente en température jusqu'à obtenir une température voisine de 20 ou 30"C. On constate qu'en maintenant cette phase ascendante de montée en température selon une cinétique voisine de 2,5"C par seconde, on obtient d'une part, une valeur minimum de viscosité de la résine d'imprégnation relativement basse, telle qu'elle apparaît sur la figure 3, permettant d'obtenir un excellent mouillage de ladite résine sur les tissus constituants les éléments de renfort (3,6) et sur la mousse de polyuréthane (7) en cours de constitution, et corrélativement, un durcissement rapide de ladite résine. Compte tenu de l'excellent mouillage de la résine sur la mousse de polyuréthane, on obtient un très bon collage annulant tout risque de délaminage de la structure obtenue, même si celle-ci est sollicitée au cours de déformations de grande amplitude. En revanche, si cette cinétique de montée en température est inférieure à 2"C par seconde, on obtient un collage de la résine époxyde sur le noyau de polyuréthane ou sur d'autres éléments de renfort, tel que par exemple une lame de ZICRAL de mauvaise qualité, dû principalement à l'insuffisance du mouillage. La figure 2 représente la cinétique de montée en température du moule. On a représenté sur cette courbe, outre la variation réelle mesurée de la température du moule, une droite passsant par le début du chauffage proprement dit du moule, c'est à dire à une température voisine de 30 "C et le point haut en température, point au dela duquel, soit la température est ramenée à environ 300C, selon la représentation en pointillés, soit le chauffage se poursuit à température constante, selon un paliet thermique. Selon l'invention, la pente de cette droite doit être d'au moins 2"C par seconde. La courbe effectivement mesurée correspond à la réponse thermique du moule compte tenu des consignes de température auxquelles il est soumis. Selon l'invention, on peut également utiliser comme âme centrale (7), un noyau en bois voire en polyuréthane ou en acrylique pré-polymérisé. La cinétique de montée en température est la même que dans le cas précédent, le palier thermique n'est pas indispensable, de sorte qu'une fois la phase ascendante terminée, on poursuit immédiatement le processus par une phase de descente en température, jusqu'à un refroidissement voisin de 30 "C. On constate de la sorte, qu'en utilisant le procédé conforme à l'invention, on obtient des structures moulées complexes présentant de très bonnes propriétés mécaniques, et parfaitement utilisables pour la pratique du ski. En effet, compte tenu des propriétés d'adhérence ainsi développées, elles peuvent subir des contraintes importantes, sans générer de phénomènes de délaminage, ou de déformations permanentes. REVENDICATIONS 1/ Procédé pour la fabrication d'une structure moulée complexe constituée d'une âme rigide (7) et comportant sur au moins l'une de ses faces principales un élément de renfort (3,6) pré-imprégné d'une résine thermodurcissable, consistant, après avoir mis en place ces éléments dans un moule (1,2), à chauffer ledit moule (1,2) pour induire la cuisson de ladite résine de préimprégnation, le chauffage comportant au moins une phase acendante et une phase de descente en température, caractérisé en ce que la cinétique de montée en température du moule pendant toute la phase ascendante de l'étape de cuisson est d'au moins 2 OC par seconde. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cinétique de montée en température du moule pendant toute la phase ascendante de l'étape de cuisson est de 2,5"C par seconde. 3/ Procédé selon l'une des revendications I et 2, caractérisé en ce que la phase ascendante et la phase de descente en température sont séparées par un palier thermique à température sensiblement constante. 4/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la température du moule lors du commencement de la phase ascendante de l'étape de cuisson est comprise entre 20 et 60 OC. 5/ Procédé selon l'une des revendications I à 4, caractérisé en ce que l'âme rigide (7) est réalisée en bois. 6/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'âme rigide (7) est réalisée matière plastique polymérisée choisie dans le groupe comprenant le polyuréthane, l'acrylique. 7/ Procédé selon l'une des revendications I à 4, caractérisé en ce que l'âme rigide est réalisée en matière plastique, dont la polymérisation est effectuée pendant l'étape de cuisson, par injection de ses constituants. 8/ Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'injection des constituants de l'âme rigide est effectuée avant la phase ascendante de l'étape de cuisson. 9/ Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'injection des constituants de l'âme rigide est effectuée au début de la phase ascendante de l'étape de cuisson. 10/ Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'injection des constituants de l'âme rigide est effectuée en cours de phase ascendante de l'étape de cuisson. 11/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que durant la phase de descente en température, on conserve la structure sous pression dans le moule fermé.