Brevet FR2673572A1 — publié le 19920911

ELEMENT DE MONTURE DE LUNETTES EN RESINE SYNTHETIQUE ET PROCEDE DE FABRICATION La présente invention est relative à un élément de monture de lunettes en résine synthétique renforcée de fibres, et plus particulièrement à un cercle tenant le verre de lunette ou éventuellement à une branche de monture de lunettes. On connaît les lunettes en matière plastique fabriquées par injection ou usinage à partir d'acétate de cellulose riche en teintes L'avantage de la matière plastique est sa légèreté (densité = 1,26), mais sa résistance mécanique est assez faible La monture de lunettes étant constituée d'une seule matière, les points de sollicitation de celle-ci doivent être renforcés afin d'éviter la rupture La seule solution est l'augmentation de section qui peut nuire à l'esthétique et majorer le poids de la monture. On connaît d'autre part les montures de lunettes en métal à base de cuivreux ou de cupronickel, les différents éléments de la monture étant fabriqués dans l'alliage et dans l'état d'écrouissage correspondant aux efforts mécaniques et aux critères esthétiques souhaités De plus, la possibilité d'utilisation en combinaison de différents éléments permet avec un minimum d'outillage, de fabriquer des montures de tailles et d'aspects différents La résistance mécanique de telles montures est très importante En contrepartie, les matériaux étant plus denses (densité = 8 à 9), ces montures sont plutôt lourdes toute proportion gardée Un développement récent concerne des montures de lunettes en titane présentant une moindre densité et des caractéristiques mécaniques intéressantes Par contre, la difficulté de transformation, d'assemblage et de finition par traitement galvanique freine ce développement. Un autre développement a consisté à adjoindre dans la matière plastique des fibres de renfort d'abord sous forme courte, puis sous forme plus longue, éventuellement tressée, conduisant à une famille de montures dite "composite" Le document FR 2 628 538 divulgue de manière très générale une structure composite applicable notamment aux montures de lunettes comprenant un noyau sous la forme d'un réseau unidirectionnel de fils entourés d'une pluralité de couches: matrice intermédiaire, première matrice, couche technique, seconde matrice La couche technique peut être un produit textile en fibres longues de carbone, verre, aramide, matière végétale ou matière synthétique La matrice est une matière thermoplastique de façon à pouvoir la former après chauffage L'une des gaines en matière végétale, tel que le coton, permet entre autre de contenir les fibres pouvant présenter un certain danger lors du bris de l'élément. Le document JP 60-9582 divulgue un procédé de fabrication d'éléments de monture de lunettes composés de fils parallèles en carbone ou verre ou matière synthétique ou matière organique, ou inorganique enrobés dans une matrice: en l'occurrence un epoxy de bisphénol de type A contenant un agent durcisseur diaminediphenylméthanique Les fibres parallèles sont d'abord imprégnés de résine à un taux volumique compris entre 40 et 50 pour-cent, puis sont séchées une première fois à basse température avant d'être disposées dans un moule pour leur donner leur forme définitive par cuisson à haute température sous pression. Toutefois, aussi bien pour ces matériaux composites à couches multiples concentriques ou à noyau de fils parallèles enrobés, les caractéristiques mécaniques se sont révélées très nettement inférieures aux besoins pour les sections se rapprochant de celles des montures métalliques: c'est-à-dire de l'ordre de 2 millimètres carrés. Le but de la présente invention est un élément de monture de lunettes en résine synthétique renforcée de fibres présentant à la fois des résistances mécaniques importantes pour des sections de l'ordre de 2 millimètres carrés et une densité inférieure à 2 En particulier, un cercle réalisé selon l'invention doit présenter une résistance à la torsion transversale et un effort de flexion largement suffisant pour tenir en permanence un verre correcteur dans la position correcte sur le visage Le matériau constituant un tel élément doit bien évidemment toujours rester inerte vis-à-vis de la peau du porteur et ne pas être cassant avec des angles vifs en cas de choc Il est également nécessaire que de tels éléments puissent être assemblés entre eux sans difficultés particulières pour constituer une monture définitive. Ces buts sont réalisés, suite à de nombreuses études théoriques, simulations informatiques et essais en atelier, grâce à un élément de monture de lunettes ne comprenant qu'une seule tresse tubulaire périphérique tissée de fibres longues de renfort De manière particulièrement avantageuse, la tresse tubulaire est tissée de plusieurs fils qui sont chacun composés d'une pluralité, par exemple 3 000, de monofilaments longs et parallèles de carbone. Avantageusement encore, la tresse est un tissage selon le modèle taffetas de 4 à 8 fils avec un angle compris entre 15 et 45 degrés par rapport à l'axe longitudinal de l'élément Le diamètre de la tresse peut être compris entre 1 et 3 millimètres, et son épaisseur est alors comprise entre 0,1 et 0,4 millimètre. Selon l'invention, on peut effectuer l'imprégnation de résine polymère soit dans la totalité de l'élément de monture de lunettes, soit dans la tresse tubulaire uniquement, cette dernière restant toujours l'élément essentiel permettant d'obtenir les caractéristiques mécaniques remarquables désirées, et ce en proportion de la faible section et de la légèreté de l'élément, Le taux d'imprégnation volumique de résine est en tout cas compris entre 45 et 55 pour-cent. Lorsque la résine synthétique est un epoxy de bisphénol de type A, il s'est avéré avantageux de lui ajouter 0,1 à 0,8 pour- cent d'un premier durcisseur amine aliphatique et 3 à 15 pour-cent d'un second durcisseur diamine aromatique. Il est alors possible de rapporter sur un tel élément de monture un ou plusieurs éléments complémentaires soit par insertion dans l'élément encore souple, soit par collage au moyen d'une colle epoxy soit par surmoulage par-dessus l'élément une fois durçi Pour des considérations esthétiques, on peut également envisager de tisser la tresse tubulaire à partir de fils ou monofilaments de couleurs différentes. Un procédé de fabrication d'un élément de monture de lunettes peut consister à: remplir le coeur de la tresse tubulaire de l'élément à l'aide d'un matériau de remplissage inerte telle qu'une mousse de polyuréthane ou des fils de polyester, puis imprégner par l'extérieur la tresse tubulaire de résine, élaborer la forme de la section transversale de l'élément que l'on stabilise par déclenchement du premier durcisseur à température inférieure à 100 degrés, façonner la forme tridimensionnelle de l'élément que l'on durcit définitivement par déclenchement du second durcisseur à température supérieure à 160 degrés si désiré, on peut alors retirer le matériau de remplissage du coeur de l'élément qui, même s'il reste en place, ne participe nullement à la tenue mécanique de l'élément. L'invention sera mieux comprise à l'étude d'un mode de réalisation appliqué à un cercle pris à titre d'exemple nullement limitatif et décrit par les figures annexées dans lesquelles la figure 1 est une vue en perspective d'un morceau de tresse initial, la figure 2 est une vue en perspective d'une partie d'un cercle fabriqué selon l'invention, et les figures 3 a à 3 c illustrent schématiquement les différentes étapes d'un procédé de fabrication. Sur la figure 1 est illustrée une portion de tresse 10 en forme de tube assemblée à partir de 6 fils 12 Chaque fil est lui-même constitué d'environ 3 000 monofilaments 14 de carbone de haut module disposés parallèlement les uns par rapport aux autres. En développé, on constate que le point de tissage employé est le point taffetas, c'est-à-dire que les fils 12 ont une forme applatie, voire en bande Le tissage est dit équilibré, à savoir qu'il y a autant de fils de chaîne que de fils de trame De plus, le tissage est serré et il n'y a donc pas de vide visible entre les points. L'angle entre le trame et la chaîne est compris entre 15 et 45 degrés, de préférence 30 degrés L'épaisseur du tube est définie au niveau de l'intersection d'un fil de trame et d'un fil de chaîne par leur superposition. Le diamètre des filaments 14 composant un fil 12 est en moyenne de 6 microns Si de nombreux matériaux tels que le verre, l'aramide ou le kevlar, peuvent être envisagés pour ces filaments, il s'est avéré que les fibres de carbone présentent un compromis particulièrement intéressant entre les dimensions et la résistance voulue pour le produit final Tel qu'illustré, l'épaisseur optimale de la tresse 10 a été établie entre 0,1 et 0,3 millimètre pour un diamètre extérieur de 2 millimètres. Sur la figure 2 est illustrée une partie d'élément de monture de lunettes 50 réalisé à partir d'une tresse 10 par imprégnation de résine epoxy 20 durçie par la suite Pour obtenir les résultats escomptés, il s'est avéré que le taux volumique de filaments doit être supérieur à 50 pour-cent car la résistance est proportionnelle à ce pourcentage de filament, mais ne doit pas dépasser 60 pour-cent afin d'éviter les risques de profilés cassants Pour ce, le surplus de résine est enlevé après l'imprégnation faisant que, de par la géométrie particulière de la tresse 10, cette proportion est respectée Dans cette configuration, la résine se situe alors dans les interstices entre les filaments et au niveau des points de tissage. L'originalité de cette résine epoxy est dans son mode de réticulation Pour des besoins de transformation, la réticulation s'effectue en deux étapes La première se déroule à basse température, de l'ordre de 80 degrés, grâce à un catalyseur du type amine aliphatique tel qu'amino-éthyl-pipérazine qui n'engendre qu'une réticulation partielle donnant naissance à un semi-produit. La réticulation finale se fait à haute température de l'ordre de 180 degrés par l'intermédiaire d'une diamine aromatique tel que le diamino-diphényl-méthyle provoquant l'obtention du produit final. Les pourcentages respectifs de ces catalyseurs sont de 0,1 à 0,8 pour-cent et de 3 à 15 pour-cent. Les caractéristiques mécaniques obtenues avec l'élément selon l'invention sont comparées, dans le tableau ci-dessous avec :CARACTERISTIQUES: ACETATE DE: METAL:JP 60-9582:COMPOSITE: :: CELLULOSE:::INVENTIF : :: :Module: :longitudinal E: 1 700 M Pa:180 000 M Pa: 2-3 000 Mpa:147 000 M Pa: :: :Module de::: :cisaillement G:: 60 000 M Pa:: 17 000 M Pa: :: :Contrainte de:::: : :rupture en: 38 M Pa: 800 M Pa: 2 000 Mpa: 1 000 M Pa: :traction::: :: :Allongement: 36,5 %: 3 à 5 %:: 0,6 % : :Densité 1,26 8,9 1,56 : À: :: : :Densité: 1,26: 8,9:: 1,56 : :: Comme on peut le constater, le matériau composite selon l'invention présente tous les avantages en caractéristiques mécaniques du métal et ce avec une densité proche du plastique et en tout cas inférieure à 2 Si l'on considère que la moitié du poids d'une monture de lunettes est formée par le poids des deux cercles, on comprend tout l'avantage en poids et tenue mécanique de cercles réalisés selon l'invention. Sur les figures 3 sont illustrées les différentes étapes d'un procédé de fabrication d'un cercle selon l'invention. Certaines transformations étant assimilables à des pliages, il est fortement recommandé de remplir au préalable la tresse tubulaire creuse par un matériau inerte ( 16 sur la figure 1) pour éviter son écrasement A cette fin, on peut utiliser une mousse de polyuréthane souple ou des fils de polyester Ces éléments peuvent être supprimés en fin de transformation ou bien laissés en place car ils n'interviennent pas sur la tenue du matériau sans non plus l'altérer. En référence à la figure 3 a, l'imprégnation se fait dans un bac 60 à température ambiante La tresse tubulaire passe entre des rouleaux 62 disposés entre quinconce et immergée dans la résine 20 A la sortie du bac, un dispositif d'essorage 64 élimine la résine en surplus Le dosage volumétrique résine/fibres se fait naturellement de par la forme et le mode de tissage de la tresse qui ne laisse qu'un volume déterminé pour les interstices dans lesquels peut se loger cette résine. La tresse préimprégnée 45 est alors découpée suivant la longueur désirée du cercle On la dispose ensuite dans un outillage 70 illustré sur la figure 3 b qui comprime la tresse en lui donnant la forme drageoir Cette tresse est alors chauffée sous une pression Pl d'environ 5 bars et à une température Tl de l'ordre de 80 degrés pendant environ 10 minutes pour déclencher le premier catalyseur. Une fois l'outil 70 refroidi, on récupère un jonc 48 composite en forme de drageoir qui peut, si nécessaire, être stocké en tant que produit semi-fini. Le jonc composite 48 est ensuite façonné, tel qu'illustré sur la figure 3 c, autour d'un mandrin 80 ayant la forme du cercle que l'on veut obtenir Ce jonc est enserré entre le mandrin 80 et une molette 82 et en même temps, il est chauffé à une température T 2 de l'ordre de 180 degrés de façon à déclencher la réticulation finale du composite Après refroidissement, le cercle composite entourant le mandrin est légèrement écarté afin de le dégager Cet écartement, relativement faible, permet d'une part de le dégager du mandrin et d'autre part d'installer par la suite le verre dans le cercle. Préalablement à la réticulation finale, on peut comprimer chaque extrémité du jonc pour créer une surépaisseur 55 constituant par la suite des blocs de fermeture, également appelés serre-cercles. Par ailleurs, il est tout à fait envisageable de fabriquer de manière analogue d'autres éléments de monture de lunettes, la forme du moule 70 de la figure 3 b étant modifié en conséquence Par exemple, on peut concevoir une branche de lunette ayant un premier quart applati et le reste de section ronde, carrée, polygonale ou autre, le pliage ne s'effectuant alors que sur la partie applatie. Aux fins d'assemblage, il est possible d'insérer des éléments métalliques ou organiques dans le jonc composite 48 intermédiaire, notamment pour réaliser des platines de fixation pour d'autres éléments tels que pont, support-plaquette ou enjoliveur. L'assemblage par collage peut être effectué de manière absolument fiable pour autant que les surfaces de contact soient suffisantes quant à leur superficie et leur forme enrobante Par exemple, on peut réaliser un collage d'un cercle composite et d'un il pont réalisé en plastique polyamide chargé de carbone grâce à une colle epoxyde AW 106 L'assemblage obtenu possède une résistance au cisaillement équivalente à celle des brasures à l'argent sur montures métalliques soit une absence de rupture avec une force appliquée de 500 newtons Ces caractéristiques remarquables de collage peuvent être améliorées en augmentant la rugosité des surfaces par adjonction de micro-billes de verre dans la résine ou en réalisant un sablage de surface. On peut également envisager de surmouler sur le cercle les extrémités d'éléments réalisés par injection de matière plastique Il est également possible de sertir des pièces tels que des enjoliveurs sur l'élément composite solidifié. Dans le cas de décoration du cercle uniquement, on emploie de préférence des peintures polyépoxydes possédant une adhérence très importante De telles peintures peuvent être alors employées sous forme de poudrage électrostatique ou en lit fluidisé pour des applications de forte épaisseur lorsque l'on souhaite masquer la structure tissée du composite Bien évidemment, on peut toujours agir soit physiquement soit chimiquement pour obtenir des effets esthétiques particuliers. Dans le cas de monture intégrant des cercles composites et des pièces thermoplastiques (tel que polyamide 12) on préfère des finitions à base de polyester-polyuréthane pour leur qualité d'adhésion et leur température de polymérisation suffisamment basse pour ne pas altérer les thermoplastiques. Il est également possible de mélanger initialement aux monofilaments de carbone d'autres filaments de couleurs différentes, tel que des filaments jaune d'aramide ou des filaments de carbone teintés, pour obtenir une tresse tubulaire de couleur autre que noir De manière analogue, la tresse tublaire peut elle même être tissée de fils de couleurs différentes et devenir ainsi multicolore. De nombreuses améliorations peuvent être apportées à ces éléments tubulaires de monture de lunettes en résine epoxy renforcée d'une tresse de carbone dans le cadre de cette invention. REVENDICATIONS 1 Elément de monture de lunettes ( 50) en résine synthétique renforcée de fibres, caractérisé en ce qu'il ne comprend qu'une seule tresse tubulaire périphérique ( 10) tissée de fibres ( 14) longues de renfort. 2 Elément de monture de lunettes selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tresse tubulaire ( 10) est tissée de fils ( 12) composés d'une pluralité de monofilaments longs ( 14) de carbone. 3 Elément de monture de lunettes selon la revendication 2, caractérisé en ce que les monofilaments longs de carbone ( 14) composant un fil ( 12) de la tresse tubulaire ( 10) sont parallèles. 4 Elément de monture de lunettes selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la tresse tubulaire ( 10) est un tissage de 4 à 8 fils ( 12) selon le modèle taffetas avec un angle compris entre 15 et 45 degrés par rapport à l'axe longitudinal de l'élément. Elément de monture de lunettes selon la revendication 4, caractérisé en ce que la tresse tubulaire ( 10) a un diamètre compris entre 1 et 3 millimètre et en ce que son épaisseur est comprise entre 0,1 et 0,4 millimètre. 6 Elément de monture de lunettes selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le taux d'imprégnation volumique de résine ( 20) est compris entre 40 et 50 pourcent. 7 Elément de monture de lunettes selon l'une des revendications précédentes dont la résine synthétique ( 20) est un epoxy de bisphénol de type A, caractérisé en ce que la résine comprend 0,1 à 0,8 pour-cent d'un premier durcisseur amine aliphatique et 3 à 50 pour-cent d'un second durcisseur diamine aromatique. 8 Elément de monture de lunettes selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la tresse tubulaire ( 10) est tissée à partir de fils ou monofilaments de couleurs différentes. 9 Elément de monture de lunettes selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'une partie d'élément complémentaire est accrochée par insertion dans la tresse tubulaire imprégnée. Elément de monture de lunettes selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une partie d'élément complémentaire est collée au moyen d'une colle epoxy contre la tresse tubulaire solidifiée par la résine durçie. 11 Elément de monture de lunettes selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une partie d'élément complémentaire en plastique est surmoulée par-dessus la tresse tubulaire solidifiée par la résine durçie. 12 Procédé de fabrication d'un élément de monture de lunettes selon la revendication 7 caractérisé en ce que: on remplit le coeur de la tresse tubulaire ( 10) de l'élément d'un matériau de remplissage inerte ( 16), puis on imprègne de résine la tresse tubulaire, et ce par l'extérieur, on élabore la forme de la section transversale de l'élément ( 50) que l'on stabilise par déclenchement du premier durcisseur à température inférieure à 100 degrés, on façonne la forme tridimensionnelle de l'élément ( 50) que l'on durçit définitivement par déclenchement du second durcisseur à température supérieure à 160 degrés, si désiré, on retire le matériau de remplissage ( 16) du coeur de l'élément.