Brevet FR2716378A1 — publié le 19950825

La présente invention concerne un enroulé fila- mentaire destiné à une raquette de jeu telle qu'une ra- quette de tennis, une raquette de racquetball, une ra- quette de squash, une raquette de badminton etc. De ma- nière plus particulière, la présente invention concerne un cadre de raquette de jeu qui est formé par enroulement entremêlé. L'enroulement filamentaire est un procédé bien connu pour former des produits à partir d'un matériau en filament tel qu'une fibre de graphite, une fibre de verre etc. Dans le procédé d'enroulement filamentaire, le maté- riau en filament est enroulé autour d'un mandrin rotatif pour former un tube. Le matériau en filament peut avoir la forme d'une mèche qui est formée de plusieurs fila- ments ou de fibres continues, comportant par exemple 3000, 6000 ou 12000 filaments de carbone par mèche. On peut utiliser plus ou moins de filaments par mèche pour du carbone ainsi que pour d'autres fibres, par exemple de 1 à 50000. Le matériau en filament est revêtu de résine avant ou apres enroulement. Le tube enroulé est placé dans un moule ayant la forme du produit fini, et le moule est chauffé pour faire durcir la résine. Des parties enroulées filamentaires sont norma- lement fabriquées en enroulant des couches discrètes de matériau sur un mandrin, en utilisant un trajet hélicoïi- dal ou géodésique. Chaque couche est constituée d'un stratifié équilibré à deux épaisseurs formé à partir d'un dessin d'enroulement à plusieurs parcours. Le nombre de parcours requis pour chaque couche est calculé à partir de la largeur de deux bandes du matériau et de l'angle d'enroulement de sorte que le dessin se ferme et qu'une épaisseur constante soit obtenue dans la couche. Des cou- ches différentes peuvent être enroulées selon des angles différents, mais chaque couche est constituée habituelle- ment d'une épaisseur formant un angle +a et d'une épais- seur formant un angle -a par rapport à l'axe longitudinal du mandrin rotatif, du fait du déplacement transversal en va et vient du chariot de la machine d'enroulement. Un enroulement filamentaire habituel produit des couches discrètes ou une lame de fibres. Les couches ont tendance à se déplacer les unes par rapport aux au- tres lorsque l'article enroulé est soumis à une contrainte pendant son enlèvement du mandrin et pendant le chargement du tube enroulé dans le moule. Aussi, les pro- priétés physiques de l'article sont souvent limitées par les caractéristiques de cisaillement entre les couches, appelé cisaillement interlaminaire. Des raquettes de tennis ont été produites par enroulement habituel d'un filament. Par exemple la publi- cation du brevet européen n' 0 470 896 décrit la mise en forme d'un cadre de raquette de tennis en enroulant des fibres de verre, de carbone ou d'autres matériaux. Par la suite on va utiliser les définitions suivantes: PARCOURS: une traversée complète du mécanisme d'alimentation de fibre d'une machine d'enroulement fila- mentaire, ENTREMELER: séquencer les parcours d'enroule- ment à partir de deux ou plus de deux dessins de manière arbitraire comme voulu par le concepteur. Chaque parcours est appliqué de manière individuelle de telle sorte que toute combinaison et séquence d'angle d'enroulement pro- venant des dessins puisse être appliquée. Aucune couche ou lame discrète n'existe. MECHE: faisceau non torsadé de filaments con- tinus EPAISSEUR: une seule passe sur une machine d'enroulement filamentaire dans laquelle la fibre est ap- pliquée dans une direction par rapport à l'axe du man- drin. COUCHE: Typiquement formée d'une série de par- cours d'enroulement entraînant un dessin fermé constitué de deux épaisseurs, une d'angle +" et l'autre d'angle - a. LAME: épaisseur unique ou couche située dans un stratifié constitué d'une série de couches. L'invention utilise un procédé d'enroulement entremêlé pour former un tube destiné à fabriquer un ca- dre de raquette de jeu. Lorsqu'une partie est enroulée par un procédé d'enroulement entremêlé, le concept de couche discrète ne s'applique pas. Chaque parcours est appliqué sur le mandrin de manière individuelle de telle sorte que toute combinaison et séquence d'angles d'enrou- lement puisse être appliquée. Des parcours ou enroulements adjacents sont séparés longitudinalement le long du mandrin. Ce procédé peut appliquer, mais oeci n'est pas nécessaire, une série complète de parcours de telle sorte qu'un angle d'enroulement quelconque recouvre éventuelle- ment la surface superficielle complète de la partie. La séquence des parcours d'enroulement selon des angles d'enroulement différents est arbitraire comme voulu par le concepteur. Ce séquencement ou cet entremêlement arbi- traire des parcours entraîne un entrelaçage des fibres selon trois dimensions. Aucune couche ni lame discrète n'existe. Le procédé d'enroulement entremêlé fournit une quantité importante de fibres s'entrelaçant pour mainte- nir l'intégrité de la préforme pendant sa manipulation et réduit la tendance du stratifié à être défectueux au niveau du cisaillement interlaminaire. De plus, une augmen- tation de la rigidité de la préforme ainsi que du strati- fié moulé résulte de l'enroulement du filament par le procédé à entremêlement. La mèche de filament peut être humectée de ré- sine avant enroulement, appelé enroulement humide, ou être enroulée à sec et le tube enroulé peut être imprégné à l'aide de résine. Aussi, la mèche de filaments peut avoir la forme d'une mèche imprégnée, dans laquelle les filaments de la mèche ont été antérieurement imprégnés de résine. Le tube est moulé pour former un cadre de ra- quette de manière habituelle. Le procédé suivant l'invention peut comporter une ou plusieurs des étapes suivantes: - l'étape consistant à enrouler consiste à : enrouler en hélice une mèche de matériau en fi- lament sur un mandrin allongé pour former un tube allongé dans lequel certains des parcours de la conception stratifiée sont entremêlés de telle sorte que chaque parcours d'enroulement soit effectué en séquence de manière arbi- traire, et certains des parcours de la conception strati- fiée sont enroulés de manière habituelle; - une couche intérieure est enroulée en hélice de manière habituelle, ce qui est suivi d'un enroulement entremêlé des parcours restants du stratifié; - une couche extérieure est enroulée en hélice de manière habituelle sur un enroulement entremêlé des parcours restants du stratifié; - à la fois une couche intérieure et une couche extérieure sont enroulées en hélice de manière habi- tuelle, les parcours restants étant enroulés de manière entremêlée entre ces deux couches; - le procédé comporte l'enroulement d'une fibre selon un angle constant par rapport à l'axe central du mandrin, comme déterminé par l'action combinée de la vitesse de rotation du mandrin et de la vitesse de traver- sée du chariot de la machine d'enroulement, et la modifi- cation de l'angle d'enroulement au niveau d'une position choisie le long du mandrin pour obtenir des propriétés choisies pour le stratifié formant raquette; - le procédé comportant l'addition de parties de renforcement du stratifié au niveau de positions choi- sies pour améliorer les propriétés du cadre moulé de raquette; - plus d'une mèche est enroulée pour chaque parcours; - les mèches utilisées pour former le tube sont en graphite soit seul soit en combinaison avec des fibres choisies parmi des fibres de verre, d'aramide, de bore et de polymère, ces fibres étant utilisées seules dans un parcours d'enroulement choisi ou en combinaison avec d'autres matériaux fibreux dans le même parcours, appelé parfois enroulement hybride; - le matériau en filament est revêtu de résine et en ce que l'étape de moulage comporte le chauffage du tube pour faire durcir la résine; - le matériau en filament est revêtu d'une ré- sine avant enroulement sur le mandrin; - le matériau en filament est enroulé à l'état sec, sans résine, et le tube enroulé est imprégné de ré- sine; - le matériau en filament a été antérieurement imprégné de résine et est enroulé sous la forme d'une mèche préimprégnée; - le procédé comporte l'étape consistant à : positionner le tube dans un moule ayant la forme d'un cadre de raquette de jeu, et mouler le tube sous la forme d'un cadre de raquette de jeu; - des parties de renforcement sont ajoutées au stratifié au niveau d'emplacements choisis pour améliorer les propriétés du cadre moulé de raquette. On va maintenant décrire des modes de réalisa- tion de la présente invention, à titre d'exemple unique- ment, en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une représentation schémati- que d'un filament enroulé en hélice autour d'un mandrin, - la figure 2 est une représentation schémati- que de l'enroulement habituel d'un filament, - la figure 3 est une représentation schémati- que d'un dessin d'enroulement en hélice habituel repré- sentant la première de trois couches de filaments, la première couche (à deux épaisseurs) étant constituée d'enroulements selon un angle +a et selon un angle -a; - la figure 3a est une vue en coupe de la pre- mière couche de la moitié du mandrin, - la figure 3b est une représentation schémati- que de la couche médiane de filaments enroulés selon un angle de 0 , - la figure 3c est une vue en coupe de la cou- che médiane, - la figure 3d est une vue schématique d'un dessin d'enroulement en hélice habituel représentant la troisième couche de filaments, - la figure 3e est une vue en coupe des trois couches formant un dessin fermé, - la figure 4 est une vue schématique d'un pro- cédé d'enroulement entremêlé, - la figure 5 est une vue schématique d'un dessin d'enroulement entremêlé représentant pour des raisons de clarté uniquement les quelques parcours initiaux, - la figure 5a est une vue en coupe du dessin de la figure 5, - la figure 6a est une vue en coupe d'un dessin d'enroulement habituel de trois couches de filaments, - la figure 6b est une vue en coupe d'un dessin d'enroulement entremêlé pour former le stratifié, - la figure 6c est une vue en coupe d'une con- ception de combinaison constituée d'une couche intérieure enroulée de manière habituelle, recouverte par des par- cours enroulés entremêlés, - la figure 7 représente le tube enroulé pen- dant la mise en place des parcours initiaux de matériau, - la figure 8 est une vue de dessus d'un moule de cadre de raquette de tennis, et - la figure 9 est une vue avant d'un cadre de raquette des tennis. La figure 1 représente un filament enroulé en hélice dans lequel des mèches 11 sont enroulées sur un mandrin rotatif 12 recouvert d'une vessie gonflable 17 tubulaire en matière plastique. Les machines d'enroule- ment de filament sont bien connues et ne nécessitent pas d'être décrites ici. De telles machines d'enroulement comportent de manière habituelle un mandrin allongé, en- traîné en rotation, et un chariot d'alimentation de fila- ment qui est monté pour se déplacer longitudinalement en va et vient le long de la longueur du mandrin. Le chariot se déplace le long du mandrin dans une première direction pour déposer une mèche de filament selon un trajet héli- coïdal d'angle constant, ou trajet géodésique, et se dé- place ensuite dans la direction opposée pour déposer le filament selon un angle négatif par rapport à la passe précédente. Dans un enroulement habituel à plusieurs par- cours, après que le premier parcours ait été réalisé, les filaments appliqués ne sont pas adjacents et des parcours supplémentaires doivent être effectués avant que le des- sin ne commence à déposer des filaments adjacents les uns aux autres. Ce trajet hélicoidal est poursuivi sur le nombre de parcours nécessaires pour fermer le dessin dans les deux directions de traversée du filament. Lorsque ce dessin initial devient fermé et que la couche initiale est terminée, alors des couches supplémentaires sont en- roulées de manière analogue comnoe voulu par le concep- teur. Sur la figure 2, le premier parcours d'un maté- riau en filament est indiqué par la mèche lla qui s'étend en faisant un angle de manière typique compris entre pra- tiquement +0 et +45 par rapport à l'axe longitudinal 13 du mandrin. Le second parcours de matériau en filament est enroulé dans la direction opposée et est indiqué par la mèche 11b qui s'étend en formant un angle d'approxima- tivement -0 à -45 par rapport à l'axe du mandrin. Des parcours successifs de matériau en filament, indiqué par les mèches 11c, 11d, lle, 11f, etc. sont enroulés de ma- nière analogue jusqu'à ce que le dessin soit fermé. Ces enroulements forment la première et la seconde épaisseurs ou la couche initiale autour du mandrin. Lorsque le des- sin est fermé à l'aide de ces première et seconde épaisseurs, cette couche initiale est suivie de couches suc- cessives agencées de manière analogue jusqu'à ce que soit terminé le stratifié constitué de diverses couches de fi- laments enroulés. Les figures 3 et 3a représentent la couche ini- tiale constituée d'un dessin d'enroulement en hélice ha- bituelle dans lequel à la fois l'épaisseur d'angle posi- tif et l'épaisseur d'angle négatif, par rapport à l'axe central 13 du mandrin d'enroulement, sont fermées. Dans cet exemple on suppose que l'angle d'enroulement a est de 45 et que le diamètre du mandrin est tel qu'un total de 9 parcours aient été calculé pour fermer le dessin. Une vue en coupe de la moitié du mandrin 12 est donnée repré- sentant les deux épaisseurs de filament à +45 . La longueur de l'arc 14 formé par les deux angles d'enroulement +a et -a est basée sur la largeur de la bande et sur l'angle d'enroulement du filament. Les figures 3b et 3c représentent la couche mé- diane d'un dessin d'enroulement habituel, dans lequel l'angle d'enroulement P est 0 par rapport à l'axe cen- tral 13 du mandrin 12, c'est à dire parallèle à ce der- nier. Une vue en coupe de la moitié du mandrin 12 est donnée représentant dans cet exemple un total de 12 par- cours nécessaires pour fermer ce dessin d'enroulement à 0 . La longueur de l'arc 15 sera égale à la longueur de la largeur du filament. La figure 3d représente la troisième couche de cette structure stratifiée dans laquelle l'angle d'enrou- lement y par rapport à l'axe central 13 du mandrin est appliqué sur le mandrin à la fois à l'épaisseur d'angle positif et à l'épaisseur d'angle négatif, commne sur la figure 3. Dans cet exemple, on a choisi y commne état égal à 45 , et donc 9 parcours sont nécessaires pour fermer le dessin. Sur la figure 3e, on a représenté une vue en coupe du stratifié terminé constitué de la vessie gonfla- ble, de la première couche 16 de filament enroulé selon un angle de a, de la deuxième couche 18 de filament en- roulé selon un angle de + , et de la troisième couche 19 de filament enroulé selon un angle de #y. Les filaments peuvent être préhumidifiés à l'aide de résine avant enroulement sur le mandrin, ou les filaments peuvent être revêtus de résine après enroule- ment. Le tube de filament enroulé est ensuite mis en forme selon une préforme de raquette et inséré dans un moule, chauffé pour faire durcir la résine et constituer un cadre rigide renforcé de fibres. Il est courant dans la fabrication des raquettes d'insérer des épaisseurs de renforcement constituées à la fois de parties de fibres découpées selon un angle de 0 et/ou 90e entre les cou- ches de filaments aux divers endroits des zones formant tamis et poignée du cadre. La figure 4 représente un procédé d'enroulement entremêlé de filaments pour former un cadre de raquette de jeu. L'invention est expliquée par rapport à un cadre de raquette de tennis, mais l'invention peut être utili- sée pour former des cadres d'autres types de raquette de jeu telles que des raquettes de racquetball, des raquet- tes de squash, des raquette de badminton, etc. Comme sur la figure 1, un mandrin 12 habituel entraîné de manière à pouvoir tourner est recouvert d'une vessie gonflable 17 en matière plastique tubulaire. Dans un exemple d'enroulement entremêlé, le premier parcours du matériau en filament est indiqué par une mèche 20, enroulée selon un angle de +a par rapport à l'axe longitu- dinal du mandrin rotatif, et une mèche 21 enroulée selon un angle de -a par rapport à l'axe du mandrin. Dans le parcours suivant, une mèche 22 est aussi enroulée selon l'angle +a et une mèche 23 est enroulée selon l'angle - a. Le parcours suivant choisi par le concepteur peut avoir un dessin d'enroulement différent. Une mèche 24 est enroulée selon un angle +1 et une mèche 25 est enroulée selon un angle -p. Les angles des parcours sucoessifs sont arbitraires et comportent des parcours provenant de certains ou de tous les dessins choisis par le concep- teur. Les figures 5 et 5a représentent un exemple de stratifié enroulé avec entremêlement qui constitue une combinaison de filaments à 45" et 00. Dans ce dessin, 16 parcours de filaments à 45 sont nécessaires pour obte- nir un dessin fermé et 12 parcours de filaments à 0 sont nécessaires pour fermer. Le concepteur a choisi d'entre- mêler les parcours de manière à alterner ces deux dessins à chaque fois que quatre parcours sont réalisés. Sur la figure 5a, la coupe du stratifié résultant indique la position des bandes 26 à +45 et des bandes 27 à 00. Les figures 6a à 6c représentent une vue en coupe montrant trois dessins possibles qui peuvent être appliqués dans l'enroulement filamentaire d'une raquette de jeu. Sur la figure 6a, un tube enroulé habituel est représenté ayant une épaisseur de stratifié de T1. Ce tube enroulé de la technique antérieure comporte trois couches telles que décrites en relation avec la figure 3. Sur la figure 6b, un tube enroulé constitué d'une série de parcours enroulés selon un dessin entremêlé, tel que décrit en relation avec la figure 5 est représenté, ayant une épaisseur de stratifié de T2. Afin de fournir une ré- sistance supplémentaire au niveau des trous de cordage qui seront percés dans le cadre réalisé, il peut être souhaitable de former une couche intérieure ou extérieure entièrement fermée, ou les deux, constituée de filaments enroulés de manière habituelle. Sur la figure 6c, une conception combinée est présentée comportant une couche intérieure formée par un enroulement habituel en hélice suivi d'une série de parcours enroulés en utilisant un entremêlement de deux dessins ayant une épaisseur de stratifié résultante de T3. Afin de commander le poids final du stratifié formant préforme, l'épaisseur totale 28 doit être la même pour chaque option, c'est à dire T1 =T2 = T3. En se reportant aux figures 7 et 8, le tube en- roulé 34 et la vessie 17 située à l'intérieur du tube, sont enlevés du mandrin et placés dans un moule 36 qui comporte une cavité de moulage 37 ayant la forme d'un ca- dre de raquette de tennis. En variante, le tube peut être enroulé directement sur le mandrin sans vessie, et la vessie peut être insérée dans le tube, après que le tube ait été enlevé du mandrin. La cavité de moulage 37 comporte une partie de tête 38 en forme de tamis et une par- tie 39 formant manche dans laquelle sont positionnées les deux extrémités du tube enroulé. Une partie formant ar- ceau séparé (non représenté) est insérée dans la partie formant arceau de la cavité et est reliée aux parties adjacentes du tube enroulé. Les extrémités de la vessie s'étendent à l'ex- térieur du moule et sont reliées à un collecteur de pres- sion 41 conformément à la technique habituelle de moulage de raquette. Le moule est fermé et chauffé alors que le tube enroulé est appuyé à force contre la surface de la cavité de moulage par mise en pression de la vessie. Les mèches qui sont utilisées pour former le tube enroulé sont de préférence constituées de fibres de graphite. Cependant d'autres fibres peuvent être utili- sés, soit seules soit en combinaison, tel que des fibres de verre, d'aramide, de bore, de polymère, etc. L'entremêlement arbitraire des parcours d'en- roulement fournis par la technique d'enroulement entremê- lé a pour résultat un entrelaçage des fibres selon trois dimensions. Les fibres entrelacées maintiennent l'inté- grité de la structure du tube enroulé après que le tube ait été enlevé du mandrin, en particulier si le tube est formé d'une fibre sèche qui n'a pas été préhumidifiée à l'aide de résine. Les fibres entrelacées réduisent aussi la tendance du tube à être défaillant dans le mode à ci- saillement interlaminaire du fait qu'aucune couche dis- crète n'existe. De plus, cet entrelacement de fibres con- tinues, augmente la rigidité de la raquette de jeu mou- lée. La figure 9 représente le cadre 42 de raquette moulée après qu'il ait été enlevé du moule. Le cadre com- porte une partie de tête 43, une partie 44 formant man- che, une partie 45 formant coeur et un arceau 46. La raquette est terminée de manière habituelle en perçant des trous pour cordage dans la tête et l'arceau, en enroulant un élément de saisie autour du manche, et en cordant la tête. Bien que dans la description qui précède on ait donné une description détaillée d'un mode spécifique de la présente invention à des fins d'illustration, il doit être compris que la plupart des détails donnés ici peu- vent être modifiés de manière importante par l'homme du métier sans sortir du domaine et de la portée de la pré- sente invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un cadre de ra- quette de jeu caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à : enrouler en hélice une mèche (11) de matériau en filament sur un mandrin allongé (12) pour former un tube (34) dans lequel des séries de parcours nécessaires pour réaliser la conception stratifiée sont entremêlées de telle sorte que chaque parcours d'enroulement soit ef- fectué en séquence de manière arbitraire, enlever le mandrin du tube enroulé (34), positionner le tube (34) dans un moule (36) ayant la forme d'un cadre de raquette de jeu, et mouler le tube en forme de cadre de raquette de jeu. 2. Procédé de fabrication d'un cadre de ra- quette de jeu, selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape consistant à enrouler consiste à : enrouler en hélice une mèche de matériau en fi- lament sur un mandrin allongé pour former un tube allongé dans lequel certains des parcours de la conception stra- tifiée sont entremêlés de telle sorte que chaque parcours d'enroulement soit effectué en séquence de manière arbitraire, et certains des parcours de la conception strati- fiée sont enroulés de manière habituelle. 3. Procédé selon la revendication 2, caractéri- sé en ce qu'une couche intérieure est enroulée en hélice de manière habituelle, ce qui est suivi d'un enroulement entremêlé des parcours restants du stratifié. 4. Procédé selon la revendication 2, caractéri- sé en ce qu'une couche extérieure est enroulée en hélice de manière habituelle sur un enroulement entremêlé des parcours restants du stratifié. 5. Procédé selon la revendication 2, caractéri- sé en ce qu'à la fois une couche intérieure et une couche extérieure sont enroulées en hélice de manière habi- tuelle, les parcours restants étant enroulés de manière entremêlée entre ces deux couches. 6. Procédé selon la revendication 1, caractéri- sé en ce qu'il comporte l'enroulement d'une fibre selon un angle constant par rapport à l'axe central du mandrin, comme déterminé par l'action combinée de la vitesse de rotation du mandrin et de la vitesse de traversée du cha- riot de la machine d'enroulement, et la modification de l'angle d'enroulement au niveau d'une position choisie le long du mandrin pour obtenir des propriétés choisies pour le stratifié formant raquette. 7. Procédé selon la revendication 1, comportant l'addition de parties de renforcement du stratifié au ni- veau de positions choisies pour améliorer les propriétés du cadre moulé de raquette. 8. Procédé selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que plus d'une mèche est enroulée pour chaque parcours. 9. Procédé selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que les mèches utilisées pour former le tube sont en graphite soit seul soit en combinaison avec des fibres choisies parmi des fibres de verre, d'aramide, de bore et de polymère, ces fibres étant utilisées seules dans un parcours d'enroulement choisi ou en combinaison avec d'autres matériaux fibreux dans le même parcours, appelé parfois enroulement hybride. 10. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le matériau en filament est revêtu de ré- sine et en ce que l'étape de moulage comporte le chauf- fage du tube pour faire durcir la résine. 11. Procédé selon la revendication 10, caracté- risé en ce que le matériau en filament est revêtu d'une résine avant enroulement sur le mandrin. 12. Procédé selon la revendication 10, caracté- risé en ce que le matériau en filament est enroulé à l'état sec, sans résine, et le tube enroulé est imprégné de résine. 13. Procédé selon la revendication 10, caracté- risé en ce que le matériau en filament a été antérieure- ment imprégné de résine et est enroulé sous la forme d'une mèche préimprégnée. 14. Procédé de fabrication d'un cadre de ra- quette de jeu selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape consistant à : positionner le tube dans un moule ayant la forme d'un cadre de raquette de jeu, et mouler le tube sous la forme d'un cadre de raquette de jeu. 15. Procédé selon la revendication 14, caracté- risé en ce que des parties de renforcement sont ajoutées au stratifié au niveau d'emplacements choisis pour amé- liorer les propriétés du cadre moulé de raquette.