Brevet FR2694947A1 — publié le 19940225

La présente invention concèrne un procédé de réalisation de voile pour tout dispositif à portance et/ou,à propulsion vélique. Procédé selon lequel (fig 1) on assemble par collage structural les différentes parties (l),par exemple: laizes fuseaux, panneaux. ,-en matériaux dit à voile,en disposant un joint adhésif structural (2) entres chacunes d'elles au niveau de leurs recouvrements C3) non nuls Les recouvrements étant défini par les zones d'intersections plan sur plan de chacunes des parties entres elles. Le procédé traditionnel de réalisation de voile comporte les deux phases suivantes: a" prépositionnement des-dites parties (1) la constituant à l'aide de ruban du type double face non structural, b" assemblage définitif des parties préassemblées,à l'aide d'une ou plusieurs coutures.Ce ruban, du type double face, dit de prépositionnement possède une ame en plastique ou en papier, imprégnée d'une solution adhésive.Ce ruban économique possède de faiblespropriétés mécaniques, il est seulement utilisé pour prépositionner les parties avant le passage à la machine à coudre, ainsi aprés la fabrication ce film adhésif est un poids mort sur la voile car il n'est pas assez cohésif et résistant aux contraintes de cisaillement pour soutenir la couture de l'assemblage Dans certains cas,comme la confection de spinnaker, les parties en matériaux léger, sont cousues,à l'aide d'un guide disposé juste en amont du pied de biche de la machine à coudre,sans prépositionnement adhésif. En effet les méthodes de travail en voilerie sont généralement dérivées de la conféction de vètement,elles sont intéressantes tant que les spécifications sont semblables, telles que: - l'utilisation de tissus lourd à forte densité de fils,ce sont généralement des taffetas, - des efforts mécaniques relativement faibles, - des voiles souples aux réglages nombreux, avec des formes et des coupes tolérantes. Mais l'optimisation de la voile sportive a modifiée ces spécifications,nous avons maintenant : (fig 2) - l'utilisation de matériaux leger avec une faible densité de fibres haut module,ce sont les stratifiés souples, les taffetas légers. (1,8) - des efforts mécaniques plus importants car les bateaux sont plus raides et plus rapides,l'utilisation est aussi plus intensive en compétition, - des voiles avec des tolérances de forme réduites car les profils sont optimisés, ils doivent rester stables donc peu déformables. Ainsi nous constatons que si la couture est peu pèrformante mécaniquement, elle est un facteur limitant l'allégement et l'optimisation de la voile. Nous avons étudié en laboratoire et en vrai grandeur le comportement au viéillissement de divers assemblages cousues représantatifs,selon les méthodes de fabrication traditionnelles suivantes r(fig 2) - prépositionnement avec un ruban de type double face qui,pour des raisons d'économie, est de largeur inférieure au recouvrement, (6) - dépose d'un renfort de tissus autocolant,au niveau de la zone à coudre,afin de limiter le cisaillement du fil pendant l'utilisation de la voile, (en 7) - couture de l'assemblage, de un à cinq passages de coutures deux ou six temps, l'exemple traité ici est composé de 3 coutures 2 temps en polyester préetiré, (5) Pendant la mise sous tension de la voile en utilisation normale, nous constatons un relachement progressif de l'assemblage cousue,caractérisé par - une courte période de mise en place : la ruban de prépositionnement flu et les fils de coutures se mettent en place et se tendent, - l'ovalisation des trous d'aiguilles (de section superieure à la section du fil) commence, elle est causé par le cisaillement des fils, elle est fonction de la force du vent et de l'état de la mer,visible en (4) - aprés une utilisation intensive,le renfort (7) qui doit limiter le cisaillement des fils,s'affaiblit,il glisse et se replie au niveau des trous (4) d'aiguille, - les fils de coutures cisaillent le tissus de la voile, ces fils se bloquent peu à peu au niveau de quel ques fils de trames,le relachement s'atténue mais la voile est déformée car le phénomène de relachement de chaques jonctions cousues est irrégulier sur la surface de la voile, le volume induit (de la même façon qu'une multitudes de pinces désordonnées) creuse la voile et diminue son rendement. Nous pouvons maintenant,comparer les propriétés mécaniques d'un assemblage cousue à un assemblage seule ment collé. Nous constatons que par opposition à un assemblage par points (couture,rivets,vis/écrou...),le collage est un assemblage plan homogène r la transmission des contraintes de cisaillement est répartie sur toute la surface de collage, on peut analyser :: - une coupe d'un assemblage cousue (fig 3 )possédant 3 coutures', ( en 5 ),la transmission des forces mécaniques se fait par 3 fils au maximum, (en 9 et 10) - une coupe d'un assemblage collé de même recouvre ment (fig 4 ),la transmission des forces mécaniques se fait sur toute la surface du recouvrement, et elle dépend des qualités adhésive (en 11) de la colle associé au qualités cohésives (en 12) de cette même colle. Ainsi selon le principe décrit et à la suite de nombreux éssais de traction/cisaillement en laboratoire (selon les normes d'éssais en vigueur) dont les résultats sont schématisés sur la fig 5 ,avec des éprouvettes : - de matériaux brut sans assemblage (courbe 13), - du même matériaux avec un assemblage par collage structural (courbe 15), - du même matériaux avec un assemblage par couture traditionnelle (courbe 16 ), Nous constatons qu'un assemblage structural collé est plus de deux fois plus résistant à la rupture (14) au cisaillement dynamique (18),qu'un assemblage cousue à recouvrement égal (l7).Le cisaillement est le type d'action mécanique subit par un assemblage pendant l'uti- lisation normale d'une voile. La conclusion résultante de ces études est qu'une colle ou un adhésif dit structural et adapté ausmatériaux composant la voile, est apte de part ses propriétés adhésives à créer des liaisons de surfaces avec les-dits matériaux, et, de part ses propriétés cohésives,à transmettre les forces mécaniques entre les differentes parties ainsi assemblé, qui résultent d'une utilisation normale de la voile. Nous pouvons donc remplacer un assemblage cousue par un assemblage uniquement collé grace à une étude mécanique de la voile à réaliser, c'est à dire la connaissance du champ de contraintes circulant dans la voile, des caractéristiques du matériaux à voile; mais aussi grace à une étude physique et chimique de l'adhésif et des composants de surface du matériaux à voile. Ceci afin de déterminer le recouvrement à réaliser entre chaques parties constituantes de la future voile, en fonction de leurs positions respectives et du taux de sécurité. Ainsi en plus des qualités mécaniques susmentionnées on remarque que - Avantageusement le matériaux constituant les parties de la voile n'est pas fragilisé ni perforé, il reste unifome, - Avantageusement l'allégement des assemblages est important car nous ne déposons pas de renfort, - Avantageusement l'économie de temp passé à la fabrication est importante car le collage supprime la pose Jes renforts et le passage à la machine à coudre, Les investissements et les couts de fabrication sont réduits. - Avantageusement les adhésifs souple utilisées sont de faible épaisseur,l'assemblage reste souple, il n'y a pas de fatigue supplémentaire aux abords du joint de colle, la voile se froisse uniformément, - - Avantageusement la jonction collée est parfaitement étanche,associé à un matériaux a voile non porreux l'intrados et l'extrados de la voile sont uniformément lisses et isolés l'un.de.l1autre.Le rendement de la voile légerement amélioré,notament sa finesse car la trainée est sensiblement diminuée - Avantageusement l'adhésif est résistant au viéil lissement Les conditions d'utilisation en plein air influent peu sur l'assemblage collé qui résiste au milieu marin (non soluble dans l'eau ni hydrophile),au ultraviolet (agent anti U.V. incorporé) et aux températures pouvant être rencontrées autour du globe terrestre. - Avantageusement les méthodes de collages sont nombreuses et modulables Il éxiste differentes familles d'adhésifs structuraux utilisables sur des matériaux à voile, ce sont tout les adhésifs sans solution aqueuse, on distingue les adhésifs à solvants et les adhésifs sans solvant Selon la classification normalisée ce sont : 1" Les adhésifs à solvant organique : a. Non réactifs caoutchouc (naturel ou synthétiques) polyvinylique et copolymères polyacrylique,polyméthacrylique et copolymères résines naturèlles Généralement ces adhésifs monocomposants nécessites une évaporation des solvants afin de réaliser un assemblage collé.La cohésion est fonction de cette élimination de solvant d'ou la prise en compte d'un temp ouvert et d'un temp de prise de l'adhésif b. Adhésifs réactifs précondansats polyuréthanes -poxydiques mélanges et alliages de polymères Ces adhésifs monocoraposant ou à deux composants nécéssites un temp de polymérisation ou,de réticulation. Afin d'obtenir un résultat pèrformant,cette prise de l'adhésif peut être activée à la chaleur. 2" Les adhésifs sans solvant : a. Non réactifs et thermofusibles Ils nécessitent un apport de chaleur afin d'adhésiver aux parties à assembler, ils sont généralement thermoplastiques et réactivables. b. Adhésifs réactifs par exemple : époxydiques, polyuréthanes, acry liques. cyanocri lates, silicones... Adhésifs monocomposant ou bi-composant,le principe de prise est variable, il peut être par polymérisation, réticulation, hydratation, réaction anaérobie Les adhésifs susmentionnés sont applicables sur du matériaux à voile conventionnel qu'il soit en stratifié souple (c-' est à dire: matériaux sandwich souple de film et de fibres) ou en tissus (enduit ou contrecollé avec un film).Ces adhésifs sont adaptés à differents types de supports de fibres (polyester,polyester aromatique, polyamide, polyamide aromatique,polyéthylène,polypropylène...) ou de son enduction (siliconé,polyuréthane ..). Les modes d'application de ces adhésifs est fonction de leurs état physique et leurs compositions Les adhésifs à deux composants sont mixés avant leurs application, differentes méthodes connues peuvent être utilisée Les adhésifs sous forme liquide peuvent être appliqué par vaporisation,en aérosol,au pinceau.. certain adhésifs sous forme pateuse sont appliqués à la brosse,à la spatule,au pistolet D'autres sous forme solide peuvent être appliqué manuellement en film sensible à la pression ou,assiste mécaniquement en combinant chaleur et pression Enfin certains adhésifs en baton sont applicables à l'aide d'un applicateur adapté, Les modes d'applicatiom connues de ces adhésifs conventionnel ne font pas l'objet d'une demande de protection,ils sont cités à titre d'exemples non limitatifs. Le procédé de réalisation de voile par assemblage de ses differentes parties (laizes,panneaux,renfort) à l'aide d'un adhésif structural à base de résine synthétiques à haute viscosité, est décrit ici à titre d'exemple non limitatif. Ce procédé comporte les phases suivantes - phase 1 dépose de la colle à l'aide d'une brosse sur l'une ou l'autre des parties à assembler et limité à la surface de recouvrement. - phase 2 collage humide sans attendre l'évapora tion totale des sovants.l'assemblage des parties se fait en rèspectant les tracés et les limites des recouvre ment.Cet assemblage doit être inclut dans la période réduite dite temp de travail. - phase 3 :préssuriser les assemblages réalisés et laisser reposer le temp nécessaire à l'évaporation totale des solvants et à la réalisation des liaisons adhésives, le temp est fonction de la température d'assemblage. - phase 4 :controle qualité des assemblages,afin de s assurer d'un résultat comforme aux spécificatior de la voile. Ce procédé de réalisation de voile permet en outre d'associer différentes colles ou adhésifs sur une même voile, en fonction des différents matériaux à voile utilisés dans les différentes parties de cette dite voile, et des forces mécaniques circulant dans celle-ci. Ce procédé de réalisation de voile nécessite des apports de travail mécanique sous forme de pression; des apports'thermiques sous forme de chaleur, qui sont différents des conditions de températures et de pression atmosphérique normales. Comme cela est sus-mentionné cet apport enérgétique est nécessaire à la réalisation des liaisonsde surfaces entre la colle (ou adhésif) et les matériaux en contacts. Le procédé de réalisation de voile selon l'invention est particulierement adapté à la confection en voilerie,de voile de toutes dimensions pour tout dispositif à Portance et/ou à propulsion vélique. 1. Procédé de réalisation de voile pour tout dispo sitif à portance et/ou à propulsion vélique, par assemblage de parties souples ou rigides en formes de laizes,fuseaux,panneaux,renforts ou toutes pieces constituant la-dite voile, à l'aide d'un joint de colle structurale ayant : a. des propriétées adhésives pour créer des liaisons de surfaces avec les matières constituant les-dites parties; b. des propriétées cohésives pour assurer la transmission des efforts mécaniques d'une dite partie à ses parties voisines, caractérisé en ce que ce joint de colle de faible épaisseur réalise une liaison de contact, parallèle et limité aux surfaces de recouvrements définies par l'intersection non nulle plan sur plan des-dites parties, tel que ce joint de colle soit à lui seul,de part ses propriétées susmensionnés, apte à transmettre toutes les forces mécaniques circulant entre les-dites parties et dans la surface de la voile pendant son utilisation normale. 2. Procédé de réalisation de voile selon la revendication 1 caractérisé en ce que les parties constituant la-dite voile, sont en matériaux à voile conventionnel utilisé en voilerie, qu'il soit tissé et/ou stratifié à base de film et de fibres plastiques techniques. 3. Procédé de réalisation de voile selon les revendications 1 et 2, caractérisé par l'utilisation de colles ou d'adhésifs, qui selon la classification normalisée, sont issues des familles : a. adhésifs à solvant organique, b. adhésifs sans solvant; qu'ils soient réactifs,non réactifs ou thermofusibles; et quelques soit leurs états physiques et leurs conditionnements. 4. Procédé de réalisation de voile selon les revendications 1,2 et 3, caractérisé par ltéxécution de recouvrements non nuls et de surfaces variables suivant leurs positions sur la-dite voile, en fonction des forces mécaniques circulant dans la-dite voile. 5. Procédé de réalisation de voile selon les revendications 1,2,3 et 4, caractérisé par l'utilisation sur une même voile, de différentes colles ou adhésifs, de leurs associations en fonction des matériaux constituant les-dites parties, et en fonction des forces mécaniques circulant dans la-dite voile. 6. Procédé de réalisation de voile selon les revendications 1,2,3,4 et 5,caractérisé par l'utilisation de colles ou d'adhésifs ayant des propriétées de résistances au viéillissement humide, salin, rayonnement ultra-violet, thermique ou autres agressions subies durant l'utilisation de la-dite voile. 7. Procédé de réalisation de voile selon les revendications 1,2,3,4,5,6, caractérisé en ce que les assemblages des-dites parties, ou la-dite voile,subissent des températures,des pressions differentes des conditions atmosphériques normales, afin d'activer la réalisation des liaisons adhésives et la cohésion du joint de colle ou d'adhésif. 8. Procédé de réalisation de voile selon les revendications 1,2,3,4,5,6,7, caractérisé en ce que les phases de fabrication liées au collage, sont exécutéés par un opérateur, soit manuellement,soit assistées par des moyens mécaniques nécessaires. 9. Procédé de réalisation de voile par assemblage dedites parties selon les revendications 1,2,3,4,5,6,7,8, et voiles fabriquées selon ce procédé.