Brevet FR2731159A1 — publié le 19960906

PROCEDE POUR LA FBRICATION D'UNE PrANCIE DE GrSSE DONT LA FACE SLa > EREUPE PPESENTE DES EVIDEMENTS ET PLANCIE DE GLISSE eNSI OBTEIE Domaine Technique L'invention concerne le domaine des engins de glisse, notamment des skis. Elle vise plus précisément les skis comportant un élément de renfort supérieur rigide, notamment en fibre de verre ou en alliage métallique. Elle permet une amélioration de la mise en forme de cet élément dans la fabrication du ski. Techniques antérieures Les structures modernes de skis allient généralement: - une surface de glisse comportant une semelle éventuellement bordée de carres métalliques, - un renfort inférieur, - un noyau de remplissage, - un renfort supérieur, - et une enveloppe formant la surface supérieure et éventuellement les chants du ski. Pour garantir les qualités mécaniques de résistance à la rupture, ainsi que les performances spécifiques de flexibilité et d'élasticité, il est bien connu de positionner les éléments de renfort, inférieur et supérieur le plus éloigné possible de la fibre neutre de la structure. Le dessus ou la coque d'un ski sont le plus souvent composé d'une feuille de plastique supportant le décor du ski doublée sur sa face interne d'un élément de renfort constitué soit d'une nappe de fils de verre, de carbone ou de fibres aramides, noyée dans une résine époxydique, polyester, vinylester, etc..., soit d'une bande métallique par exemple en acier ou en alliage d'aluminium. La mise en oeuvre d'un élément de renfort en fibres peut se faire principalement de deux manières: La première technique utilise une nappe de verre souple, soit sèche, soit imprégnée de résine voire pré-imprégnée. Dans ce cas, le renfort épouse facilement les formes complexes avant moulage et ce n'est qu'au cours de l'opération de moulage ou d'injection que sa polymérisation s'effectue en assurant l'adhérence avec les autres composants du ski. Ce procédé présente des phases de découpe et de positionnement des renforts, qui sont longues à réaliser. De plus, la nature souple des nappes et l'utilisation de résine liquide rend le procédé difficile à automatiser et salissant. La deuxième technique utilise une nappe de verre noyée dans une matrice en résine durcie par cuisson, donc sous forme de bande plane rigide avant l'opération de moulage ou d'injection. Ces bandes communément appelées stratifiés, allient haute rigidité et faible masse. Pour certains types de skis, afin d'obtenir les propriétés mécaniques satisfaisantes, on est amené à utiliser une couche de stratifiés à fort grammage de verre, typiquement de l'ordre de 1500 à 2500g/m2, donc relativement épaisse et dont les capacités à être formée sont réduites en conséquence. Par ailleurs, et tel qu'enseigné dans le brevet EP-A-O 580 522, on sait qu'il est intéressant de donner aux skis une forme particulière, permettant l'allégement et une bonne réponse aux sollicitations mécaniques. Avantageusement, on réalise en avant et en arrière de la zone du patin, des évidements de profondeur variable et progressive. Dans ce cas, l'élément de renfort situé sous la coque de protection épouse la forme accidentée de cette dernière. ll s'ensuit qu'au niveau des zones de déformation maximale, c'est-à-dire à proximité des arêtes des évidements, la brusque courbure provoque la rupture des fibres de verre, ce qui réduit fortement la rigidité de l'élément de renfort, et en diminue l'efficacité. D'autre part, on sait qu'il est plus facile de déformer deux plaques rigides minces superposées, qu'une seule plaque de même nature mais d'épaisseur équivalente. Ainsi, il apparaît qu'il est difficile de concilier d'une part la rigidité d'un élément de renfort, et d'autre part, leur utilisation en renfort supérieur sur un ski ayant des formes complexes et performantes. L'invention pallie cet inconvénient. B=oe descngtton de l'lnTwentton L'objectif que se propose de résoudre l'invention est l'amélioration de la mise en forme d'un dessus de planche de glisse comportant un renfort supérieur, rigide et épais, en facilitant la déformation de celui-ci et en permettant la copie fidèle de formes complexes intemes d'un moule destiné à former des reliefs ou des évidements sur la surface supérieure de la planche. L'invention conceme un procédé pour la fabrication d'un dessus renforcé d'une planche de glisse dont la face supérieure présente des reliefs ou des évidements dans lequel l'élément de renfort se présente sous la forme d'un empilement de couches élémentaires rigides et planes, liées entre elles et adhérant à la face interne de l'élément supérieur constituant le dessus de la planche caractérisé en ce que l'empilement comporte au moins un film en matière élastomérique, intercalé localement entre deux couches rigides élémentaires de l'empilement, et situé au niveau des zones de déformation maximum, correspondant aux reliefs et/ou aux évidements à réaliser. En d'autres termes, les différentes couches de l'élément de renfort sont reliées entre elles sur la plus grande partie de leur surface, et uniquement en des zones prédéterminées par un film élastique qui facilite la déformation de cet élément rigide. En effet, lors de la mise en forme de la planche, donc du renfort, le film élastique travaille en cisaillement, et permet le déplacement relatif et localisé des couches les unes par rapport aux autres et ainsi, permet de s'adapter à des rayons de courbure nettement inférieurs à ceux pratiqués actuellement. Pour conserver les propriétés de rigidité de l'empilement, on limite l'utilisation du film en matière élastomère uniquement aux zones où les rayons de courbure sont les plus faibles. En effet, une utilisation trop globale du film élastomère aurait pour conséquence un trop fort amortissement de la planche qui altèrerait un bon comportement. Selon une première technique de réalisation de la planche, on réalise un premier ensemble inférieur comprenant une semelle plate. Puis, on place au dessus de ce premier ensemble, un second ensemble supérieur destiné à former le dessus et les chants latéraux, ces deux ensembles définissant un espace intermédiaire, la face interne de la surface supérieure du second ensemble comportant un élément de renfort. Enfin, on injecte dans l'espace intermédiaire les composants d'une mousse expansible qui remplit ledit espace intermédiaire, l'expansion venant plaquer la surface supérieure de la palanche, ramollie par l'élévation de température due en partie, au caractère exothermique de la réaction d'expansion, contre les parois du moule présentant des reliefs et/ou des évidements correspondant à la forme définitive de la planche. Selon une autre technique de réalisation, l'ensemble supérieur comprenant l'élément de renfort caractéristique est mis en forme précédemment à l'opération de moulage de la planche par formage à chaud dans un moule spécifique de type poincon-matrice. Dans une variante de la technique précédente, pour permettre le formage de l'élément supérieur dans le cas d'un ski à noyau massif, en bois par exemple, l'élément de remplissage est formé d'un noyau préfabriqué présentant des évidements et/ou des reliefs correspondants à la forme recherchée et l'ensemble supérieur est appliqué sous pression sur ledit noyau préusiné formant poinçon, chauffé et ramolli, pour être mis en forme directement dans un moule. Comme "matériau élastomère", on utilise soit du caoutchouc naturel, soit un matériau visco-élastique. Avantageusement en pratique, le matériau élastomère est un matériau d'une épaisseur comprise entre 0,05 mm et 0,50 mm. En effet, en deça de 0,05 mm, on observe que le phénomène de cisaillement du film permettant un bon conformage est insuffisant. Par ailleurs, au delà de 0,50 mm, la surépaisseur locale constituée par la bande élastomère conduit à une rupture de la continuité des fils de verre lors de l'empilement des bandes stratifiées. Pour combiner la capacité de conformage avec une absorption localisée des vibrations, on choisit un film en un matériau viscoélastique présentant un coefficient d'amortissement intrinsèque compris entre 0,4 et 1,2. En effet, au delà de 1,2 ,les vibrations sont trop fortement amorties, ce qui diminue la réaction du ski,. En outre, 1,2 correspond au coefficient maximum des produits du commerce. Par ailleurs, en deça de 0,4, l'effet amortisseur est insensible sur la planche. De cette manière, le matériau visco-élastique entre en compte dans l'amortissement mécanique des vibrations. En outre, il permet en cas de choc important d'absorber l'énergie sans rupture du ski. Dans une forme pratique de réalisation, les couches élémentaires de l'élément de renfort sont des nappes de fibres de verre tricotées-cousues, liées entre elles par une résine époxydique, et dont les fils de chaîne sont disposés dans le sens longitudinal de la planche. On obtient de bons résultats aussi bien en comportement sur neige qu'en résistance de la planche, en utilisant un renfort supérieur stratifié composé d'un empilage de nappes en fibres de verre tricotées cousues, chacune étant constituée au moins: - d'une nappe de fils de chaine formée de mèches parallèles de fibres de verre de masse surfacique comprise entre 250 et 1250 g/m2; - d'une nappe de fils de trame, formée de fibres de masse surfacique comprise entre 50 et 200 g/m2. Dans un mode de réalisation particulier, on adjoint sur le dessus de l'empilement un voile de verre ou de polyester de 30 à 50 g/m2 qui absorbe les irrégularités de surface de la nappe textile et empêche ces granulosités d'apparaître sur le dessus de la planche. Dans une variante de réalisation, on utilise un élément de renfort métallique dont les couches élémentaires sont en un alliage d'alumiruum- zinc-magnésium, commercialise par la société CEGEDUR-PECHINEY sous la marque flcRAL&commat;. On a observé qu'un renfort supérieur, pour rigidifier un ski, peut avoir un poids de verre maximal de 3000 g/m2 , ou pour un renfort métallique en alliage d'aluminium ou en acier, une épaisseur maximale de 1,5 mm. Selon l'invention, le renfort supérieur est constitué de plusieurs bandes rigides empilées, chacune ayant donc comme poids de verre pour un stratifié en fibre, entre 300 et 1200 g/m2 , ou pour un élément métallique une épaisseur de 0,2 à 0,6 mm. On reste dans le cadre de l'invention en utilisant un renfort présentant des couches élémentaires mixtes composées d'au moins une nappe textile et d'au moins une feuille métallique. Dcsrrttrtton sommatte des figures La manière de réaliser l'invention et les avantages qui en découlent, ressortiront mieux de l'exemple de réalisation qui suit, à l'appui des figures annexées. On a choisi de décrire parmi les planches de glisse, l'utilisation du procédé appliqué à un ski. La figure 1 est une vue d'ensemble d'un ski comportant des zones de déformations. La figure 2 est une coupe du ski selon le plan représenté par les flèches E-II de la figure 1. La figure 3 est une représentation schématique d'un élément de renfort comportant les films en matériau élastomère caractéristiques de l'invention. La figure 4 est une coupe de l'ensemble supérieur plat constitué de la couche supérieure et du renfort, avant formage. La figure 5 est une coupe d'un ski en cours de moulage dans une zone présentant une rupture de profil, avant injection des composants destinés à former le noyau de polyuréthane. La figure 6 est la coupe du même ski après expansion de la mousse. La figure 7 est une coupe d'un ski comportant un noyau préusiné sur lequel on vient mouler l'ensemble supérieur. Manse de réaliser Iwlnzenhon L'invention est particulièrement avantageuse pour la fabrication d'un ski à profil perfectionné, tel que celui illustré à la figure 1. Ce ski (1) comporte en avant et en arrière de la zone du patin (4) deux évidements (2,3). Comme illustré à la figure 2, le passage de la zone de forte épaisseur (8) à la zone de faible épaisseur (9) se fait par une portion en pente (7) délimitée par deux arêtes ou cassures de courbure, respectivement vers le haut (5) et vers le bas (6). La profondeur, la position et la forme des évidements permettent d'adapter la raideur du ski, tout en diminuant sa masse globale mais en maintenant une masse suffisante au niveau des extrémités pour bénéficier d'une inertie correcte et d'une résistance aux efforts en flexion suffisante. Comme déjà dit, il est particulièrement avantageux d'utiliser un renfort longitudinal placé le plus éloigné possible de la fibre neutre du ski pour augmenter encore les caractéristiques de flexion du ski Conformément à l'invention, on utilise à cet effet une bande stratifiée. Cette bande (voir figure 3) (20) se compose d'au moins deux lames stratifiées (21,22,26) formées de nappes de fibres de verre enxb dans une résine durcie du type époxydique par exemple. La caractéristique de Invention consiste à intercaler entre les lames de fibres de verre (21,22,26), des portions de films (23,24) en matériau élastomérique. De bons résultats ont été obtenus en utilisant un film en caoutchouc de 0,15 mm d'épaisseur. Préférentiellement, on utilise une nappe de mèches longitudinales parallèles, formant les fils de chaine, constituée de fils de verre, et pesant 1050 g/m2, ces fils étant liés par tricotage/couture à des fils de trame de masse égale à 100 g/m2. On réalise le renfort stratifié en compactant deux nappes textiles et en les solidarisant par durcissement d'une résine époxy représentant entre 25 et 30 % de la masse après fluage de la résine. Dans le cas où l'on a incorporé un film de caoutchouc naturel de 0,15 mm d'épaisseur entre les deux nappes, en des zones bien déterminées, il devient possible de conformer le stratifié obtenu dans la forme désirée sans en modifier ses caractéristiques mécaniques, ce qui serait impossible en l'absence du film élastomérique. Pour faciliter le conformage, on utilise un stratifié dans lequel le film élastomérique est positionné dans la zone où la forme du ski génère des modifications de courbure importantes, surtout dans le sens des fils de chaîne. Dans l'exemple du ski de la figure 1, les films élastomériques sont positionnés au niveau des extrémités (17,18) des évidements disposés à proximité de la zone du patin. n existe à ce jour deux technologies permettant d'obtenir un dessus ou une coque de ski comportant soit des reliefs soit des évidements. Dans une technique, on réalise un préformage de l'ensemble supérieur à partir d'éléments plats. On procède par serrage de l'élément à déformer entre un poinçon et une matrice de formes complémentaires. Dans une variante de cette technique, c'est le noyau dur qui fait office de poinçon. Dans une autre technique, on réalise le noyau par injection in situ de composants réagissant pour donner une mousse de polyuréthane. La poussée d'expansion de cette mousse vient plaquer l'ensemble supérieur contre les parois en forme du moule. La figure 4 illustre un ensemble supérieur (25) comportant la couche supérieure (10) sous laquelle est collé l'élément de renfort (20), lui-même formé de deux couches (21,22) de nappes de fibres de verre textile emprisonnant le film élastomérique (23,24). Dans le cas de la fabrication de skis par injection in situ, l'ensemble supérieur (25) constitué du stratifié (20) et de la coque supérieure (10) est positionné dans le moule inférieur (16), comme représenté à la figure 5. Du fait de leur raideur, la coque supérieure (10) et le renfort (20) n'épousent pas la forme définitive du ski, indiquée par le moule supérieur (15). Après injection des composants de la mousse (11) de polyuréthane, comme illustré à la figure 6, celleci augmente de volume, en repoussant le renfort (20) et la coque (10) contre les parois du moule supérieur (15). L'effet mécanique de la poussée de la mousse provoque la déformation du stratifié (20). Au cours de cette déformation, les deux couches de fibres (21,22) de verre se déplacent l'une par rapport à l'autre. Ce décalage est autorisé par la déformation du matériau élastomérique (23,24) qui travaille donc en cisaillement. Cette opération est facilitée par le fait que durant l'expansion de la mousse (11) de polyuréthane, se produit une réaction exothermique qui permet, par réchauffement, le ramollissement des couches de stratifiés (21,22) et donc en facilite leur déformation. On peut également mettre en forme le renfort par un moulage spécifique préalable. De manière dassique, le renfort est mis en forme par pressage entre deux parties complémentaires de moule, sous une température de l'ordre de 100 C. On peut aussi, comme illustré à la figure 7, mettre l'ensemble supérieur (25) en forme en le plaquant sur le dessus du noyau rigide (31), réalisé par moulage spécifique ou par usinage préalable. Tel est le cas de noyaux réalisés en bois ou en mousse acrylique. Dans cette forme de réalisation, le noyau (31) qui possède la forme définitive du ski, intègre les évidements. ll sert de poinçon pour le formage de l'ensemble supérieur dans le moule (35). ll va de soi que l'invention couvre les variantes dans lesquelles on utilise des stratifiés comportant trois couches ou plus, ces couches pouvant aussi être réalisées en fibres textiles aramides, ou tout autre matériau présentant des propriétés mécaniques similaires, tel que des alliages d'aluminium ou d'acier. I1 est également possible de mixer les différentes matières pour obtenir des renforts alliant les fibres de verre et des feuilles métalliques. Bien entendu, la description ci-dessus ne limite pas l'invention à la seule réalisation de skis alpins, mais peut être avantageusement employée pour la fabrication de skis de fond ou de surf. La description du mode de réalisation particulier qui précbde, laisse apparaître dairement l'avantage principal de l'invention, à savoir la possibilité de conformer un renfort rigide à une forme voulue complexe, sans détruire les propriétés mécaniques bien connues des stratifiés. En outre, grâce à l'utilisation de films élastomériques viscoélastiques, on peut de manière supplémentaire, bénéficier de phénomènes locaux d'amortissement de vibrations particulièrement intéressants. REVENDICATIONS 1/ Procédé pour la fabrication d'un dessus renforcé d'une planche de glisse dont la face supérieure présente des reliefs ou des évidements dans lequel l'élément de renfort (20) se présente sous la forme d'un empilement de couches élémentaires (21,22,26) rigides et planes, liées entre elles et adhérant à la face interne de l'élément supérieur (10) constituant le dessus de la planche caractérisé en ce que l'empilement comporte au moins un film (23,24) en matière élastomèrique, intercalé localement entre deux couches rigides élémentaires (21,22) de l'empilement, et situé au niveau des zones de déformation maximum, correspondant aux reliefs et/ou aux évidements à réaliser (2,3). 2/ Procédé pour la fabrication d'un dessus renforcé d'une planche de glisse selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste - à réaliser un premier ensemble inférieur comprenant au moins une semelle plate (13), - à placer au dessus de ce premier ensemble (12,13), un second ensemble supérieur (25) destiné à former le dessus et les chants latéraux, ces deux ensembles définissant un espace intermédiaire, la face interne de la surface supérieure (10) du second ensemble comportant un élément de renfort (20) - à injecter dans l'espace intermédiaire les composants d'une mousse expansible qui remplit ledit espace intermédiaire, l'expansion venant plaquer l'ensemble supérieur (25) ramolli par l'élévation de température due au caractère exothermique de la réaction d'expansion, contre les parois du moule (15) présentant des reliefs et des évidements correspondant à la forme définitive de la planche. 3/ Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on inerte dans l'espace intermédiaire les composants d'une mousse expansible qui remplit ledit espace intermédiaire, l'expansion venant plaquer l'ensemble supérieur (25) ramolli par l'élévation de température due au caractère exothermique de la réaction d'expansion, contre les parois du moule (15) présentant des reliefs et des évidements correspondant à la forme définitive de la planche. 4/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'ensemble supérieur (25) comprenant l'élément de renfort (20) caractéristique est mis en forme précédemment à l'opération de moulage de la planche par formage à chaud dans un moule spécifique de type poinçon matrice. 5/ Procédé selon l'une des revendications 1 ou 3, caractérisé en ce que l'élément de remplissage (11) est formé d'un noyau préfabriqué (31) présentant des évidements et/ou des reliefs correspondant à la forme recherchée, et en ce que l'ensemble supérieur (25) est appliqué sous pression sur ledit noyau préusiné formant poinçon, chauffé et ramolli, pour être mis en forme directement dans un moule (35). 6/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le film (23,24) en matériau élastomère a une épaisseur comprise entre 0,05 et 0,50 mm. 7/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le matériau élastomère (23,24) est un matériau visco-élastique présentant, à température d'utilisation, un coefficient d'amortissement intrinsèque (tangente 6) compris entre 0,4 et 1,2. 8/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en en ce que le renfort est constitué d'au moins deux couches, chaque couche (21,22) étant constitué d'une nappe textile de fibres de verre tricotéescousues, liées entre elles par une résine époxydique, et dont les fils de chaine sont disposées dans le sens longitudinal du ski. 9/ Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la nappe textile est constituée au moins - d'une nappe de fils de chaine formée de mèches parallèles de fibres de verre de masse surfacique comprise entre 250 et 1250 g/m2; - d'une nappe de fils de trame, formée de fibres de masse surfacique comprise entre 50 et 200 g/m2. 10/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les couches élémentaires (21,22) sont en un alliage d'aluminium-zincmagnésium. 11/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le renfort présente des couches élémentaires mixtes composées d'au moins une nappe textile et d'au moins une feuille métallique. 12/ Planche de glisse obtenue par le procédé selon l'une des -revendications 1 à 11, caractérisée en ce qu'il comprend localement au moins un empilement, lequel empilement comporte au moins un film (23,24) en matière élastomérique, intercalé localement entre deux couches rigides élémentaires (21,22) de l'empilement, et situé au niveau des zones de déformation maximum, correspondant aux reliefs et/ou aux évidements à réaliser (2,3).