Brevet FR2679821A1 — publié le 19930205

PROCEDE POUR LA FABRICATION D'UNE STRUCTURE MOULEE COM- PLEXE, ET NOTAMMENT D'UN SKI ET STRUCTURE AINSI OBTENUE. L'invention concerne un procédé pour la fabrication d'une structure moulée complexe Elle se rapporte égale- ment aux structures moulées complexes, et notamment aux skis ainsi obtenus. De manière traditionnelle, on entend par "structure moulée complexe", une structure moulée contenant: des éléments de rigidification ou de renfort se présentant soit sous forme de fils, soit sous forme de nappes ou encore sous forme de plaques,15 et éventuellement des éléments de protection, et/ou des éléments mécaniques divers, tels que par exemple d'amortissement, d'allègement et éventuellement des éléments de décoration. Dans le cadre de la réalisation de telles structu- res, l'un des soucis dominants consiste à rechercher un procédé susceptible de permettre une automatisation poussée, tout en optimisant les caractéristiques techniques et mécaniques de la structure finale obtenue.25 Parmi les différents procédés connus à ce jour pour la réalisation de telles structures, l'un d'entre eux consiste à utiliser la pression provoquée par l'expan- sion d'une mousse en matière plastique, notamment en30 polyuréthane, afin d'obtenir le placage des différents éléments entrant dans la composition de la structure contre les parois intérieures d'un moule en forme (voir par exemple le brevet français FR-A 2 559 669). Or, de manière générale, et notamment dans le cadre de l'application aux skis, on utilise fréquemment comme élément de rigidification et/ou de renfort des matériaux textiles sous forme de nappes avantageusement préimpré- gnées d'une résine sans solvant, qui lors de la réalisa- tion de la structure développe des propriétés adhésives notamment au contact du noyau central. Or l'utilisation d'un noyau central du type mousse polymérisable en association avec un tel élément de renfort pré- imprégné se heurte à une difficultés majeu- res: en effet, des phénomènes d'incompatibilité ou au contraire d'affinité surviennent quelque fois entre les éléments constitutifs de la mousse du noyau central et les éléments constitutifs de la résine d'imprégnation du tissu pré-imprégné, conduisant à des altérations locales de la cohésion de la structure, rédhibitoire pour de nombreuses applications et notamment pour le ski Ces phénomènes peuvent induire des défauts d'adhérence entre20 ces deux éléments, conduisant à l'obtention d'une struc- ture imparfaite du point de vue de ses propriétés méca- niques. Dans le document FR-A-1 248 660, on a proposé pour la réalisation d'une telle structure, de procéder à la mise en place d'une chambre à air dans le moule, puis au gonflage de cette chambre à air au moyen d'air comprimé, dont le résultat assure le placage des éléments consti- tutif de la structure contre les parois du moule, et30 enfin, à l'injection dans l'espace ainsi ménagé d'une mousse polymérisable. Si certes, ce procédé permet de s'affranchir des inconvénients cités précédemment, en revanche, il re- quiert au moins deux étapes, à savoir le gonflage de la chambre à air, puis l'injection des réactifs du noyau, donc plus long à mettre en oeuvre et en outre relative- ment difficilement automatisable. L'invention pallie ces différents inconvénients. Elle propose un procédé pour la réalisation d'une struc- ture moulée complexe, facilement automatisable, qui s'affranchit de toutes les difficultés liées à l'utili- 5 sation de produits incompatibles entre eux. Ce procédé pour la fabrication d'une structure moulée complexe, constituée par un noyau de mousse en matière plastique et sur sa périphérie par deux demi-10 enveloppes respectivement supérieure et inférieure, con- siste: à déposer dans un moule un premier élément des- tiné à former la demi-enveloppe inférieure, à déposer sur ce premier élément un élément tubu- laire déformable, à déposer sur cet élément tubulaire un second élément destiné à former la demi-enveloppe supérieure, à fermer le moule, à injecter dans l'élément tubulaire déformable des réactifs destinés à réagir pour former une mousse qui s'expanse in-situ jusqu'à venir plaquer les deux demi-enveloppes contre les parois du moule, à refroidir le contenu du moule, et enfin à ouvrir le moule pour retirer la struc- ture moulée complexe ainsi obtenue. Ce procédé se caractérise en ce que la partie supé- rieure de l'élément tubulaire déformable est rigide. En d'autres termes, l'invention consiste à intro- duire préalablement à l'injection des réactifs constitu- tifs de la mousse de matière plastique, une barrière intermédiaire entre les demi-enveloppes respectivement inférieure et supérieure et le noyau de la structure,35 barrière dont la partie supérieure est constituée d'un élément de renfort rigide, destiné sous l'action de l'expansion de la mousse de matière plastique à venir se plaquer contre la demi-enveloppe supérieure, et à favo- riser le placage de la demi-enveloppe supérieure contre 5 la paroi du moule Cette barrière, outre son rôle d'étanchéité entre les résines d'imprégnation des demi- enveloppes supérieure et inférieure et la mousse de matière plastique du noyau doit également développer de bonnes propriétés d'adhérence avec les éléments qu'elle10 sépare. Selon une forme avantageuse de l'invention, l'élé- ment tubulaire est fermé En d'autres termes, il est constitué d'une plaque rigide supérieure, la fermeture15 de l'élément étant réalisé par une même enveloppe souple déformable, et étirable, solidarisée au niveau des deux bords latéraux de ladite plaque, et ce par tout moyen, notamment par collage, soudage, pincement, clipsage, boutonnage, préalablement à son introduction dans le20 moule. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, la partie supérieure et la partie inférieure de l'élé- ment tubulaire sont constituées de plaques rigides Ces25 deux parties sont alors reliées entre elles pour consti- tuer un élément tubulaire fermé par deux éléments sou- ples, déformables et étirables, fixés comme précédemment décrit, au niveau des deux bords latéraux desdites par- ties.30 Cette partie rigide peut être constituée d'une plaque métallique, par exemple en ZICRAL, ou d'une pla- que de stratifié prépolymérisée donc durcie, ou encore d'une plaque de résine durcie, ou d'une plaque de papier35 durcie à la résine phénolique ou mélamine, ou d'une feuille de bois déroulée. Selon l'invention, l'élément souple, extensible et déformable est constitué d'un matériau choisi dans le groupe constitué par les polyuréthanes thermoplastiques, les polyéthers bloc amides et les polyéthers bloc amide 5 modifiés nitriles ou un mélange de ces produits. L'invention concerne également la structure moulée complexe obtenue par ce procédé. Cette structure se caractérise en ce que le noyau de mousse expansée est séparé des demi-enveloppes res- pectivement supérieure et inférieure par un élément adhérent à ce dernier et aux deux demi-enveloppes, com- portant au moins une plaque supérieure rigide intercalée15 entre ledit noyau et la demi-enveloppe supérieure, et un film souple sur au moins les deux cotés ou chants de la structure. La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux des exemples de réalisation qui suivent donnés à titre in- dicatif et non limitatif à l'appui des figures annexées. La figure 1 est une coupe transversale d'un moule avant fermeture pour la réalisation d'une structure moulée complexe. La figure 2 est une coupe transversale du moule ci- dessus, après expansion de la mousse. La figure 3 est une vue schématique d'un détail de la figure 1. La figure 4 est une vue schématique d'un détail de la figure 5 La figure 5 est une coupe transversale d'un moule pour la réalisation d'une structure moulée complexe préalablement à l'injection des réactifs constitutifs de la mousse selon une autre forme de réalisation de l'in- vention. La figure 6 est une coupe transversale du moule de la figure 5 après expansion de la mousse. La description concerne la réalisation de skis. Néanmoins, il va de soi que la portée de l'invention ne saurait se limiter à cette seule application. On dépose à plat et au fond ( 5) d'un moule défini par ses empreintes respectivement inférieure ( 1) et supérieure ( 2), une première demienveloppe constituée tout d'abord par une semelle ( 6), typiquement réalisée en polyéthylène, limitée au niveau de ses bords latéraux10 par deux carres en acier ( 7) La semelle ( 6) est surmon- tée d'une plaque de renfort mécanique ( 8), réalisée par exemple en ZICRAL, elle même recouverte d'un élément de renfort ( 9) constitué par une nappe textile unidirec- tionnelle pré-imprégnée d'une résine époxyde.15 On positionne au dessus de cette première demi- enveloppe un élément tubulaire caractéristique de l'in- vention, représenté en détail dans la figure 3, consti- tué respectivement par une lame rigide supérieure ( 14),20 par exemple réalisée en ZICRAL, et en outre par une enveloppe ( 13) Cette enveloppe ( 13) est constituée d'un mélange de polyuréthane et d'un polyéther bloc amide. Cette enveloppe ( 13) est solidarisée à la lame rigide ( 14) au niveau des bords latéraux de cette dernière, et ce notamment par collage ou soudage par exemple. Cette enveloppe ( 13) est souple, étirable et défor- mable Elle est en outre étanche et susceptible de révé- ler par une élévation de température, des propriétés30 d'adhérence, notamment avec la résine de pré-imprégna- tion de l'élément de renfort ( 9), mais également, comme il sera dit ultérieurement, avec la résine de pré-im- prégnation de l'élément de renfort ( 12) En outre, ces propriétés d'adhérence sont susceptibles d'être révélées35 avec le noyau en mousse, par l'exothermie résultant de l'expansion des composants du polyuréthane injectés dans l'élément tubulaire. Cet élément tubulaire est à son tour recouvert d'une demi-enveloppe supérieure, constituée tout d'abord d'un second élément de renfort ( 12), également réalisé par une nappe textile unidirectionnelle pré- imprégnée de 5 résine époxyde sans solvant, surmontée par un décor ( 11), par exemple réalisé en ABS Cette demi-enveloppe supérieure, bien que relativement souple, développe une certaine rigidité à froid, de sorte qu'elle est mainte- nue en forme légèrement arquée par la coopération de ses10 extrémités latérales avec les parois ( 3 et 4) latérales du moule. De la sorte, un espace intérieur ( 15) est créé entre les deux demienveloppes respectivement inférieure et supérieure. La plaque ( 14) peut éventuellement être pré-posi- tionnée par précollage en dessous et contre l'élément de renfort ( 12) de la demienveloppe supérieure.20 On procède alors à la fermeture du moule; on chauffe celui-ci, et corrélativement, on procède à l'in- jection des constituants d'une mousse de polyréthane, à savoir un polyol et un isocyanate, à l'intérieur de25 l'élément tubulaire défini par la plaque supérieure rigide ( 14) et l'enveloppe ( 13) De manière connue, ces constituants s'expansent in situ en développant une réaction exothermique, provoquant le placage tout d'abord de la plaque rigide ( 14) contre la demi-envelop-30 pe supérieure ( 11,12), puis toujours sous l'action de cette expansion, le placage de la demi-enveloppe supé- rieure ( 11,12) contre les parois supérieure ( 10) et latérales ( 3,4) du moule, venant ainsi conférer à la structure finale sa forme définitive. Ce placage est rendu possible par l'étanchéité de l'élément tubulaire ( 13,14), interdisant à la mousse en expansion d'une part, de venir en contact avec les élé- ments de renfort ( 9 et 12) et d'autre part, de les tra- 5 verser. En outre, et de manière avantageuse, on fait subir aux deux surfaces extérieure et intérieure de la plaque rigide ( 14) un traitement de préparation au collage,10 afin d'assurer, lors du placage de cette lame contre la demi-enveloppe supérieure ( 11,12), une adhérence entre ces deux éléments, et entre la plaque ( 14) et la mousse de polyuréthane. Ce traitement de préparation peut consister en un traitement électrochimique, et notamment une anodisation destinée à créer une couche d'oxyde microporeuse et rugueuse à sa surface, afin de faciliter le collage de la mousse de polyuréthane.20 Compte-tenu du fait que l'enveloppe ( 13) sous l'ac- tion de la température développe également des proprié- tés d'adhérence, d'une part vis à vis de la résine épo- xyde de préimprégnation des éléments de renfort ( 9,12),25 et d'autre part, vis à vis du noyau en mousse de poly- uréthane ( 16), cela confère à la structure finale une très grande cohésion, limitant voire annulant tous ris- ques de délaminage. Afin d'optimiser le rôle de renfort mécanique de la plaque ( 14), il convient que ses dimensions, notamment sa largeur corresponde sensiblement à la largeur de la partie supérieure du moule ( 10), au jeu des épaisseurs de la demi-enveloppe supérieure près. Dans un autre mode de réalisation représenté dans les figures 4,5 et 6, l'élément tubulaire est constitué d'une part d'une plaque supérieure ( 14) également réali- sée en ZICRAL ou en stratifié pré-polymérisé ou encore 5 en plaque de résine durcie, notamment mélaminique ou phénolique, mais également une plaque inférieure ( 17) de même nature, les deux plaques ( 14,17) étant reliées entre elles au niveau de leurs bords latéraux par des éléments souples ( 13) de même nature que précédemment décrit, également solidarisés sur les bords de l'élément ( 14) et de l'élément ( 17), soit par collage soit par soudage. Sa mise en place et le procédé de réalisation de la structure restent conformes à ceux précédemment décrits. Cette structure particulière permet d'augmenter la rigi- dité de la structure finale obtenue ainsi que son équi- librage par rapport à la fibre neutre, de par la présen- ce de cette plaque inférieure supplémentaire de rigidi-20 fication. Le procédé ainsi décrit permet de favoriser l'auto- matisation des chaînes de fabrication dans la mesure o on aboutit à la suppression des pré-collages entre la25 lame de ZICRAL ou la lame rigide et les renforts tissus. Corrélativement, il confère à la structure obtenu et notamment au ski, une très grande cohésion particulière- ment recherchée pour ses applications. REVENDICATIONS 1/ Procédé pour la fabrication d'une structure moulée complexe, constituée par un noyau de mousse en matière plastique ( 16), et sur sa périphérie par deux demi-enveloppes respectivement supérieure ( 11,12) et inférieure ( 6,8,9), qui consiste: à déposer dans un moule ( 1,2) un premier élément ( 6,7,8,9), destiné à former la demi-enveloppe inférieu- re, à déposer sur ce premier élément ( 6,8,9) un élé- ment tubulaire déformable ( 13,14,17); à déposer au dessus de cet élément tubulaire déformable ( 14) un second élément ( 11,12), destiné à former la demienveloppe supérieure, à fermer le moule, à injecter dans l'élément tubulaire déformable ( 13,14,17) des réactifs destinés à réagir pour former une mousse qui s'expanse in-situ jusqu'à venir plaquer l'élément ( 11,12) contre les parois ( 3,4,10) du moule, à refroidir le contenu du moule, et enfin à ouvrir le moule pour retirer la struc- ture moulée complexe ainsi obtenue, caractérisé en ce qu'au moins la partie supérieure de25 l'élément tubulaire déformable est rigide ( 14). 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément tubulaire ( 13,14) est fermé par une enveloppe souple, déformable et étirable ( 13) joignant30 les deux bors latéraux de la partie supérieure rigide ( 14). 3/ Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la fixation de l'enveloppe souple, déformable et étirable ( 13) sur la partie supérieure rigide ( 14) s'effectue par collage, par soudage, par pincement, par clipsage, ou par boutonnage. il 4/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la partie supérieure ( 14) et la partie inférieure ( 17) de l'élément tubulaire sont cons- tituées de plaques rigides, reliées entre elles par deux 5 éléments souples, déformables et étirables ( 13), fixés au niveau des bords latéraux desdites parties. / Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les parties rigides ( 14,17) sont réalisées en un matériau choisi dans le groupe consti- tué par un métal, un alliage métallique, notamment en ZICRAL, une plaque de stratifié prépolymérisée, une plaque de résine durcie, une plaque de papier durcie à la résine phénolique ou mélamine, une feuille de bois15 déroulée. 6/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce q Ue l'élément souple, déformable et étirable ( 13) est réalisé en un matériau choisi dans le groupe constitué les polyuréthanes thermoplastiques, les polyéthers bloc amides et les polyéthers bloc amide modifiés nitriles ou un mélange de ces produits. 7/ Structure moulée complexe obtenue par la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le noyau ( 16) est entouré à la fois par un élément rigide au moins sur sa partie supé- rieure, et par des éléments souples au moins sur ses parties latérales.30