Brevet FR2679820A1 — publié le 19930205

PROCEDE POUR LA FABRICATION D'UNE STRUCTURE MOULEE COMPLEXE NOTAMMENT D'UN SKI ET STRUCTURE HOULE COMPLEXE AINSI OBTENUE. L'invention concerne un procédé pour la réalisation d'une structure moulée complexe. Elle se rapporte également aux structures moulées complexes ainsi obtenues et de manière générale aux skis. Par "structure moulée complexe", on entend une structure moulée contenant - des éléments, notamment de rigidification et/ou de renfort, - et éventuellement des éléments de protection, - et/ou des éléments mécaniques divers notamment d'amortissement ou d'allègement, - et éventuellement des éléments de décoration. Parmi les différents procédés industriels aptes à réaliser les assemblages de ces structures, l'un d'entre eux s'est plus particulièrement développé, à savoir celui consistant à utiliser la pression provoquée par l'expansion d'une mousse en matière plastique, notamment polyuréthane, du fait de son automatisation plus aisée. Ce procédé consiste à injecter entre les éléments de ladite structure moulée, les constituants de la mousse de polyuréthane, qui de manière connue s'expanse in-situ et viennent plaquer les différents éléments contre les parois du moule. Néanmoins, ce procédé se heurte à certaines difficultés. Tout d'abord, il est courant d'employer comme éléments de renfort des nappes de textile pré-imprégnées de résine notamment de résine epoxyde, et des phénomènes d'incompatibilité ou au contraire d'affinité entre la résine epoxyde et la mousse thermoplastique polyuréthane peuvent se produire. En conséquence, des défauts d'adhérence entre ces deux éléments peuvent surgir, conduisant à l'obtention d'une structure imparfaite du point de vue de ses propriétés mécaniques. On a alors proposé pour pallier ces inconvénients, d'utiliser un intermédiaire sous forme d'une chambre à air élastique que l'on gonfle dans le moule, puis d'injecter la matière plastique constitutive du noyau central dans cette chambre à air (voir par exemple le document CH-A-351 205). Si certes, ce procédé permet de s'affranchir des défauts inhérents à l'utilisation d'un noyau en mousse de matière plastique et d'éléments de renfort pré-imprégnés, en revanche, il est relativement long à mettre en oeuvre, puisqu'il fait appel à deux étapes : le gonflage de la chambre à air, puis l'injec- tion des constituants du noyau. En outre, dans le cas particulier de structures soumises à des efforts mécaniques intenses, les structures obtenues ne présentent pas toujours la rigidité requise. L'invention vise à pallier ces inconvénients. Elle propose un procédé pour la réalisation d'une structure moulée complexe, utilisant la pression exercée par l'ex- pansion d'un noyau de mousse en matière plastique, notamment de polyuréthane, et néanmoins permettant une automatisation poussée de ce procédé, tout en améliorant les propriétés mécaniques résultantes de la structure obtenue. Ce procédé pour la fabrication d'une structure moulée complexe, constitué par un noyau de mousse en matière plastique et comportant sur ses faces principales un ensemble de deux demi-enveloppes respectivement supérieure et inférieure, consiste - à déposer dans un moule un premier élément destiné à former la demi-enveloppe inférieure, - à déposer sur ce premier élément un second élément, destiné à former la demi-enveloppe supérieure, - à fermer le moule, - puis à injecter entre ces deux éléments des réactifs destinés à réagir pour former une mousse qui s'expanse in-situ jusqu'à venir plaquer ces deux éléments contre les parois du moule, - à chauffer le moule, - puis à refroidir le contenu du moule, - et enfin à ouvrir le moule pour en retirer la structure obtenue. Ce procédé se caractérise en ce que l'on intercale entre les deux demi-enveloppes un élément de renfort en forme de U, à l'intérieur duquel on injecte lesdits réactifs. En d'autres termes, l'invention consiste à introduire entre les éléments constitutifs de la structure moulée complexe un élément de renfort, ménageant ainsi un espace interne à l'intérieur duquel sont introduits les réactifs de la mousse de polyuréthane, qui, lorsqu'elle s'expanse, vient plaquer cet élément de renfort contre les parois du moule, cet élément étant conformé afin de venir s'adapter à la forme générale du moule et donc de la structure résultante. Selon une première forme de réalisation, l'élément de renfort est en forme de U inversé. Selon une forme particulière de l'invention, cet élément de renfort est fermé au niveau de l'extrémité de ses branches au moyen d'un élément souple, étirable et déformable, tel que par exemple réalisé en un matériau choisi dans le groupe constitué par les polyuréthanes thermoplastiques, les polyéthers bloc amide et les polyéthers bloc amide modifiés nitrile. Cet élément est constitué par un stratifié à base de fibres de verre pouvant comporter des fibres d'acier, et de manière plus générale, par une matrice fibreuse thermoplastique. Il peut également être réalisé en un métal ou alliage métallique selon une lame de faible épaisseur, lui conférant une déformabilité. Cet élément de renfort peut subir préalablement à son introduction un traitement de préparation au collage, tel que par exemple un sablage, un pré-encollage, voire un traitement éléctro-chimique pour une lame métallique. Selon une autre forme de réalisation de l'invention, cet élément de renfort est constitué de deux éléments de section en forme de U, s'emboitant en regard l'un de l'autre, qui après injection forment un élément tubulaire continu fermé sur toute la périphérie de la structure moulée complexe. L'invention concerne enfin la structure moulée complexe obtenue, et notamment un ski. 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 indicatif et non limitatif à l'appui des figures annexées. La figure 1 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. La figure 2 est une coupe transversale du moule cidessus après expansion de la mousse. La figure 3 est une coupe transversale du moule selon une autre forme de réalisation de l'invention. La figure 4 est une coupe transversale de la figure précédente après expansion de la mousse. La figure 5 est une coupe transversale du moule pour une autre forme de réalisation de l'invention. La figure 6 est une coupe transversale de la figure ci-dessus après expansion de la mousse. Bien que plus particulièrement décrit en liaison avec la réalisation de skis, il va de soi que le procédé conforme à l'invention ne saurait se limiter à cette seule application. De manière connue, 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 par une semelle (6), par exemple réalisée en polyéthylène, limitée au niveau de ses flancs latéraux par des carres (7) en acier. La semelle (6) peut être recouverte d'un élément de renfort mécanique (8), par exemple réalisé en ZICRAL, lui-même recouvert d'un élément de renfort (9), constitué de manière classique par une nappe textile unidirectionnelle préimprégnée d'une résine époxyde. On met alors en place au dessus de cette première demi-enveloppe, un élément de renfort (13), dont la section est en forme de U inversé, reposant donc sur l'élément de renfort (9) par l'extrémité de ses branches latérales. Cet élément (13), réalisé par exemple en un stratifié à base de fibres de verre comportant des fibres d'acier, est thermoplastique et est conformé selon la structure finale que l'on souhaite obtenir. On positionne alors au dessus de cet élément (13) d'une part un autre élément de renfort, constitué par une nappe textile unidirectionnelle, préimprégnée d'une résine époxyde (12), et enfin une surface (11) apte à recevoir un décor, par exemple réalisée en ABS. L'élément de renfort (13) définit de fait un espace (14), à l'intérieur duquel sont injectés, après fermeture du moule, les réactifs d'une mousse polyuréthane, à savoir un polyol et un isocyanate qui, de manière connue, réagissent pour former une mousse qui s'expanse in-situ et vient plaquer cet élément (13) tout d'abord, contre la demi-enveloppe supérieure (11,12), l'ensemble ainsi constitué venant à son tour se plaquer contre les parois respectivement supérieure (10) et latérales (3,4) du moule, toujours sous l'action de l'expansion de la mousse. Compte-tenu du caractère thermoplastique de l'élément (13) d'une part, et de l'élévation de température inhérente à l'exothermie de la réaction d'expansion de la mousse de polyuréthane et du chauffage corollaire du moule d'autre part, l'élément de renfort (13) vient s'adapter exactement aux parois (3,4,10) du moule. De la sorte, l'élément (13) joue le rôle d'une coque interne de renfort, qui confère à la structure finale une rigidité en torsion accrue, particulièrement recherchée dans le cadre de certaines applications, notamment pour le ski. Cet élément (13) peut également être constitué d'une lame métallique de faible épaisseur, donc susceptible d'être déformé sous l'action de l'expansion de la mousse. Dans ce cas, cette lame a principalement pour fonction de faire écran entre le noyau et les éléments de renfort (9,12). Dans une autre forme de réalisation représentée dans la figure 3, l'élément (13) comporte à l'extrémité inférieure de chacune des branches latérales, une portion (17,18), dirigée vers l'intérieur et s'appuyant sur la demi-enveloppe inférieur (9). En outre, un élément souple, déformable et étirable (16) est fixé sur ces deux portions (17,18), notamment par collage ou soudage. Cet élement (16) est avantageusement constitué d'un mélange de polyuréthane et de polyéther bloc amide Cet élément (16) vient ainsi fermer l'élément de renfort (13) et constitue comme dans le cas précédent un espace interne (14), à l'intérieur duquel on injecte les réactifs constitutifs de la mousse de polyuréthane. Sous l'effet de l'expansion de celle-ci, l'élément (13) vient plaquer tout d'abord la demi-enveloppe supérieure puis provoque le placage de celle-ci contre les parois (3,4 et 10) du moule. Corrélativement, l'élément souple (16) s'étire, autorisant ce placage et servant d'intermédiaire de collage entre le noyau de mousse de polyuréthane (15) et la résine époxyde de pré-imprégnation de l'élément de renfort (9). Cette forme particulière de réalisation permet ainsi de s'affranchir de tout contact entre la mousse de polyuréthane (15) et la résine époxyde de pré-imprégnation des nappes de renfort (9 et 12), évitant de la sorte tout risque d'affinité ou d'incompatibilité entre ces deux résines ou des défauts d'adhérence. De manière avantageuse, l'élément de renfort (13) peut subir préalablement à sa mise en place dans le moule, un préencollage, dont les propriétés d'adhérence sont révélées à chaud, suite à l'élévation de température du moule. Dans une autre forme de réalisation représentée dans les figures 5 et 6, l'élément de renfort est en fait constitué de deux éléments (13 et 13'), s'emboitant l'un dans l'autre dans le sens tranversal tel que représenté dans la figure 5. Ils sont de fait constitués de deux éléments de section en forme de U, les deux branches de l'un pénétrant à l'intérieur de l'espace défini par les deux branches de l'autre. Comme dans le cas précédent, ils sont constitués d'une matrice fibreuse thermoplastique par exemple, stratifiée à base de fibres de verre. Leur mise en place s'effectue après dépôt au fond du moule de la demi-enveloppe inférieure et avant la mise en place de la demienveloppe supérieure. Comme dans le cas précédent, ces deux éléments définissent un espace interne (14) à l'intérieur duquel sont injectés les composants de la mousse de polyuréthane Sous l'effet de l'expansion de la mousse, les deux éléments (13 et 13') s'écartent selon les flèches matérialisées sur la figure 5, jusqu'à venir plaquer et ce de manière continue contre la demi-enveloppe supérieure (11,12), qui vient plaquer à son tour contre les parois supérieure (10) et latérales (3,4) du moule. De la sorte, suite au désemboitement des deux éléments (13 et 13'), on obtient un élément tubulaire continu, tel que représenté sur la figure 6, étanche, évitant ainsi tous risques de contact entre la résine epoxyde d'imprégnation des nappes de renfort (9 et 12) et la mousse de polyuréthane constitutive du noyau (15). En outre, cette structure particulière constitue ainsi une coque interne de renfort, particulièrement recherchée pour certaines applications soumises à des contraintes mécaniques intenses, et notamment pour le ski. Il est à noter que l'adaptation de l'élément (13), de dimension inférieure à l'élément (13') lors de sa mise en place, à la forme générale du moule, est rendue possible d'une part, par sa nature thermoplastique, et d'autre part par l'élévation de température due à l'exothermie de la réaction d'expansion de la mousse de polyuréthane, complétée par l'élévation de température du moule effectuée par des moyens connus. REVENDICATIONS 1/ Procédé pour la fabrication d'une structure moulée complexe, constitué par un noyau (15) de mousse en matière plastique et comportant sur ses faces principales un ensemble de deux demi-enveloppes respectivement supérieure (11,12) et inférieure (6,8,9), qui consiste - à déposer dans un moule (1,2) un premier élément (6,8,9) destiné à former la demi-enveloppe inférieure, - à déposer sur ce premier élément un second élément (11,12), destiné à former la demi-enveloppe supérieure, - à fermer le moule, - puis à injecter entre ces deux éléments des réactifs destinés à réagir pour former une mousse (15) qui s'expanse in-situ jusqu'à venir plaquer ces deux éléments (6,8,9 ; 11,12) contre les parois du moule, - à chauffer le moule, - puis à refroidir le contenu du moule, - et enfin à ouvrir le moule pour en retirer la structure obtenue, caractérisé en ce que l'on intercale entre les deux demi-enveloppes (6,8,9) et (11,12) un élément de renfort (13) de section en forme de U, à l'intérieur duquel on injecte lesdits réactifs. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de renfort (13) est de section en forme de U inversé. 3/ Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'élément de renfort (13) subit préalablement à son introduction dans le moule un traitement de préparation au collage. 4/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément de renfort (13) est fermé au niveau de l'extrémité de ses branches au moyen d'un élément souple, étirable et déformable (16). 5/ Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément souple, étirable et déformable (16) est réalisé en un matériau choisi dans le groupe constitué par les polyuréthanes thermoplastiques, les polyéthers bloc amide et les polyéthers bloc amide modifiés nitrile. 6/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de renfort (13) est constitué de deux éléments (13,13'), de section en forme de U, emboités en regard l'un de l'autre, qui après injection forment un élément tubulaire, rigide, continu et fermé sur toute la périphérie du noyau de mousse de matière plastique (15). 7/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'élément de renfort (13,13') est constitué par une matrice fibreuse thermoplastique. 8/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'élément de renfort (13) est constitué par une lame métallique de faible épaisseur. 9/ Structure moulée complexe obtenue selon le procédé de l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qutelle comporte une coque interne (13) et une coque externe (11) respectivement situées de part et d'autre d'un élément de renfort (12).