Brevet FR2770093A1 — publié le 19990430

ARMATURE DE RIGIDIFICATION D'UNE PARTIE DE VETEMENT REALISEE EN MATERIAU THERMOPLASTIQUE OU THERMODURCISSABLE COMPORTANT DES FIBRES LONGITUDINALES DE RIGIDIFICATION La présente invention concerne une armature de rigidification d'une partie de vêtement en matériau thermoplastique ou thermodurcissable. Elle concerne également et plus particulièrement tout type de sous- vêtement dont une partie nécessite d'être rigidifiée. Jusqu'à ce jour, dans l'art antérieur, les armatures de rigidification d'une partie de vêtement sont généralement réalisées en métal, et parfois déjà en matériau thermoplastique. Les armatures réalisées en métal présentent une rigidité intéressante due au module d'élasticité élevé notamment de l'acier, mais également des autres métaux. Elles présentent cependant certains désavantages tels que le manque de mémoire élastique engendrant des déformations rémanentes sous certaines sollicitations et/ou opérations de lavage, ainsi qu'une faible protection à la corrosion et/ou à l'oxydation. Les armatures thermoplastiques des arts antérieurs ont pallié aux problèmes de corrosion et d'oxydation, mais nécessitent des sections à forte inertie de surface et éventuellement un renfort d'une charge de fibres de verre courtes, permettant d'assurer une rigidité satisfaisante, toutefois inférieure à celle de l'acier. Les fibres courtes utilisées jusqu'ici ont généralement une longueur comprise entre 0,2 mm et 1 mm, longueurs insuffisantes pour que leur rendement soit optimal en terme de rigidification, comme on le verra en détail plus loin. L'armature de rigidification selon la présente invention vise à pallier aux problèmes que présentent les armatures métalliques ou thermoplastiques à fibres courtes précitées. Comme on l'a mentionné auparavant, I'armature utilisée comporte une matrice réalisée en matériau thermoplastique ou thermodurcissable. Parmi les matériaux thermoplastiques utilisables, on peut citer notamment: - les matières polyamides aliphatiques: polyamide 6-6 (PA 6- 6) polyamide 6 (PA 6) 35.polyamide 11 (PA 11) polyamide 12 (PA 12) - les matières polyamides aromatiques: polyamide 46 (PA 46) - - les matières styréniques: acrylonitrile - butadiène - styrène (ABS) acrylonitrile - styrène - acrylate (ASA) styrène - acrylonitrile (SAN) styrène - butadiène (SIB) 5.styrène - anhydride maléique (SMA) styrène - a - méthylstyrène (S/MS) - les matières polyoléfines: polyéthylène (PE) polypropylène (PP) - les matières polyacétals: polyoxyméthylène (POM) les matières polycarbonates (PC) - les matières polyesters saturés: polyéthylène téréphtalate (PET) 15. polybutylène téréphtalate (PBT) Parmi les matériaux thermodurcissables, ceux qui peuvent être utilisés dans le cadre de l'invention sont notamment: - les matières polyesters insaturés (UP); - les matières polyépoxydes (EP); - les matières polyuréthannes (PUR); - les matières polyacryliques (PMMA); - les matières polyimides (PI). La caractéristique majeure des armatures de rigidification de l'invention réside dans le fait qu'elles comportent des fibres de rigidification systématiquement orientées suivant des arcs de courbure parallèle à la génératrice de l'armature. En d'autres termes, lesdites armatures sont dotées de fibres parallèles à I'arc moyen formant leur axe théorique. Ceci peut se faire suivant plusieurs modes de réalisation - I'armature peut comporter au moins une fibre de rigidification de longueur équivalente à la longueur totale déployée de l'armature, c'est- à-dire à la somme des longueurs des arcs élémentaires pris depuis l'une des extrémités de l'armature jusqu'à l'autre extrémité. Il s'agit donc de fibres joignant les deux extrémités de l'armature. - I'armature peut comporter au moins une fibre de rigidification joignant ses deux extrémités, ainsi qu'un certain pourcentage de fibres obéissant à la caractéristique principale, et dont la longueur est supérieure à 5 mm. Le pourcentage de ces fibres est défini comme étant le ratio du volume total desdites fibres de longueur supérieure à 5 mm sur le volume total de l'armature. Le pourcentage prévu par l'invention est compris entre 0 % et %. - I'armature peut comporter un pourcentage, défini selon les critères précités, de fibres dont la longueur est supérieure à 5 mm. Ce pourcentage est également compris entre 0 % et 90 %. Dans les deux derniers cas, les fibres de longueur supérieure à 5 mm sont bien entendu de longueur strictement inférieure à la longueur de l'armature déployée, et sont distinguées des fibres joignant les deux extrémités de ladite armature. La taille de l'armature étant susceptible de varier selon la taille du vêtement qu'elle rigidifie, la longueur des fibres peut elle aussi varier selon la taille de l'armature, notamment lorsqu'on se place dans les deux premiers modes de réalisation. Ce n'est cependant pas une obligation, en particulier dans le troisième mode. Dans tous les cas, le volume alloué à la matrice contenant ces fibres ne peut être inférieur à 10 %. Pour assurer leur fonction relativement à l'invention, les fibres de rigidification doivent avoir un diamètre compris entre 0,05 mm et 3 mm. De préférence, et selon le matériau utilisé, ce diamètre est choisi dans un intervalle compris entre 0,1 mm et 3 mm. Selon l'invention, ledit matériau est choisi parmi le verre, le carbone ou les polyamides aromatiques pour lesquels on a substitué partiellement un groupe aromatique à la chaîne principale aliphatique. Il peut bien entendu également y avoir une combinaison de ces matériaux. Pour des raisons structurelles, le diamètre des fibres de verre est compris entre 0,2 mm et 2,5 mm, alors que celui des fibres de carbone est d'environ 0, 1 mm. Enfin, les polyamides aromatiques s'utilisent avec des diamètres compris entre 2 mm et 3 mm. Le diamètre, et donc le choix du matériau, dépend également du procédé de fabrication. Thermoformage, injection, moulage par compression et pultrusion requièrent des diamètres compris entre 0,05 mm et 0,8 mm. Surmoulage et coextrusion nécessitent des diamètres compris entre 0,8 mm et 3 mm. Selon un exemple possible, un polyamide aromatique utilisable dans le cadre de l'invention peut être un polyamide isophtalic, qui obéit à la formule chimique suivante -N - CH2 - CH2 - CH2 - CH2- CH2 - CH2 - N - C \ il I 1 i 0o H H O De manière plus générale, il est possible d'utiliser les polyamides aromatiques disponibles sur le marché, tels que ceux qui sont connus sous les dénominations commerciales ou les marques commerciales suivantes Kevlar, Grivory, Arlen, Twaron, Ixef, etc. Comme application préférentielle, on a cité les bonnets de soutien-gorge, mais il est clair que ces armatures peuvent également être employées pour d'autres articles, par exemple dans la chemiserie homme pour renforcer des cols de chemise, ou dans le cadre de vêtements professionnels pour renforcer diverses parties du vêtement. Les guêpières, maillots de bain, etc... sont de plus considérés comme équivalents aux soutien-gorge. L'invention va à présent être décrite de manière plus détaillée, en référence aux figures annexées, pour lesquelles: - la figure 1 représente en vue de dessus une armature selon l'invention montrant via un exemple l'orientation des fibres de rigidification; - la figure 2 représente en perspective une combinaison de différentes fibres de rigidification dans une armature; - la figure 3 montre un soutien-gorge équipé d'armatures selon la présente invention. Dans ces figures, les mêmes références désignent des éléments assurant la même fonction. Ainsi, I'armature (1) suivant l'invention comporte des fibres de rigidification (Fn) orientées suivant des courbures (C) parallèles aux courbures externes de ladite armature (1). Autrement dit, les arcs de cercle (C) des fibres de rigidification (Fn) ont des axes parallèles aux génératrices (G) du volume constituant l'armature (1). Ces fibres (Fn) ayant un haut module d'élasticité, elles sont dès lors utilisées de façon optimale dans la matrice lorsque l'armature (1) est soumise à des efforts de flexion notamment dus à des sollicitations en traction et en compression, par exemple en bouts d'armature (1). Cette géométrie permet en effet aux fibres de rigidification (Fn) de contribuer dans leur totalité au comportement en flexion de l'armature, ce qui n'est pas le cas dans les structures actuelles. En effet, dans le cas d'utilisation de fibres courtes non orientées des arts antérieurs, le comportement en flexion de l'armature est principalement dépendant des caractéristiques mécaniques intrinsèques de la matrice utilisée pour enrober les fibres. La raison en est que les armatures de l'art antérieur sont généralement fabriquées selon un procédé d'injection utilisant des fibres courtes dont la longueur est comprise entre 0,2 mm et 1 mm. Les fibres étant de longueur très inférieure à la longueur et même aux dimensions de la section de l'armature, elles peuvent en principe s'orienter de manière totalement aléatoire. Toutefois, la température du moule étant inférieure à la température de la matière plastique injectée, les fibres ont tendance à se plaquer en surface et à s'aligner parallèlement au sens du flux d'injection, c'est-à-dire aussi parallèlement aux parois du moule. La rigidité de l'armature dépend donc également pour une part du taux de ces fibres parallèles en surface, lequel dépend à son tour de la matière utilisée pour la matrice, qui est soit amorphe, soit semi-cristalline, soit cristalline. A l'intérieur de l'armature, les fibres étant disposées anarchiquement, la rigidité n'est pratiquement plus fonction que du matériau choisi pour la matrice, ce qui n'est bien entendu pas le cas pour l'invention. Dans la représentation de l'invention apparaissant en figure 1, une seule fibre (Fn) est dessinée. Cependant, n est un entier quelconque, symbolisant le nombre total de fibres contenu dans l'armature, quelle que soit leur longueur. La représentation graphique unitaire utilisée vise simplement à améliorer la clarté du dessin. Selon un mode de réalisation possible, I'armature (1) de rigidification est réalisée par un procédé de surmoulage par injection, et elle comporte au moins une fibre de rigidification (FI), apparaissant en figure 2, de longueur équivalente à la longueur totale déployée de l'armature (1), ainsi qu'un certain pourcentage de fibres dont la longueur est supérieure à 5 mm, comme on l'a vu précédemment. Le surmoulage d'au moins une fibre continue par une matrice thermoplastique ou thermodurcissable dans un moule, ladite matrice comportant un pourcentage de fibres supérieur à 5 mm, permet d'obtenir un mélange de fibres continues, de fibres mi-longues, et de matrice. Dans la mesure o l'empreinte du moule a une section dont la plus grande dimension est inférieure à 5 mm, I'orientation des fibres suivant les courbures de l'armature est alors automatique. En effet, le rapport de la plus grande largeur desection de l'armature (1) à la longueur des fibres de rigidification (Fn) est inférieur à 1, ce qui implique que lesdites fibres ne peuvent pas prendre une orientation d'allure transversale, mais uniquement une orientation d'allure longitudinale. L'orientation des fibres (Fn) suivant la courbure de l'armature résulte nécessairement des dimensions comparées du moule et des fibres, et du procédé de surmoulage par injection lui-même, impliquant un flux de matière. L'armature (1) peut également être réalisée via d'autres procédés de fabrication, tels que le thermoformage, le moulage par compression, la pultrusion, la coextrusion, etc. Dans le cas du thermoformage, la matière utilisée pour la matrice est d'allure surfacique, de type plaque ou feuille, à partir de laquelle on réalise la structure volumique de l'armature (1). Le moulage par compression utilise de préférence une matière première de type pulvérulente, ou une préforme, pour réaliser la matrice de l'armature, cette matière première étant insérée dans une empreinte subissant une compression visant à ramollir ladite matière pour lui faire prendre la forme de l'empreinte. Dans les deux cas, on peut obtenir une structure quasi isotrope, permettant d'améliorer le comportement en torsion de l'armature (1). Celle-ci peut bien entendu également être dotée de fibres courtes (Fc) de longueur excédant 5 mm, existant selon un certain pourcentage par rapport au volume de ladite armature (1). La pultrusion consiste en une imprégnation des fibres (Fn), en continu, par une résine ou plus généralement par une matière plastique constituant la matrice. L'ensemble passe ensuite à travers un guide, puis un moule chauffant conférant à l'armature (1) sa forme définitive. Ce procédé est applicable à des matières thermodurcissables et thermoplastiques, bien qu'il soit plus courant avec les premières nommées. Il conduit alors à des structures plus rigides que celles que l'on obtiendrait avec des thermoplastiques, mais qui présentent moins d'élasticité, c'est-à-dire qui ne reviennent pas à leur forme initiale après application de contraintes mécaniques, par exemple en torsion. Toutefois, si la réponse aux sollicitations mécaniques peut être considérée comme moins bonne, le comportement réel, par exemple comme armature de soutien-gorge, est bien meilleur car bien plus confortable pour l'utilisatrice. Les fibres, imprégnées de résine par exemple époxy, sortent d'une buse et sont ensuite enroulées sur-un mandrin de forme permettant d'obtenir, de part et d'autre d'un axe longitudinal dudit mandrin, deux armatures (1) de même forme. A ce stade, les fibres imprégnées sont encore à une température située au- dessus du point de transition vitreuse, et elles sont donc encore suffisamment molles pour être formées sur le mandrin. La pultrusion peut également être associée à un enroulement filamentaire, c'est-à-dire que des filaments imprégnés de la même résine, en nappes, englobent les fibres précitées. Les fibres imprégnées pultrudées, ainsi que ledit enroulement filamentaire, s'enroulent autour du même mandrin et y polymérisent ensemble. L'avantage de cette technique réside dans le fait que le nappage externe améliore la surface extérieure de l'armature (1), uniformise et parallélise les fibres, ce qui a pour effet d'améliorer la réponse mécanique a la traction et à la torsion. La coextrusion est également un procédé continu, permettant d'enrober de matrice synthétique extrudée un faisceau constitué des fibres (Fn) pour obtenir une armature (1) coextrudée. Ledit faisceau de fibres ne comprend dans ce cas que des fibres de renfort, à l'exclusion de toute matière additionnelle liant les fibres du faisceau entre elles. Dans les deux derniers cas, il faut procéder à un tronçonnage des armatures à la dimension voulue. Les fibres de rigidification (Fn), (Fc), (FI) ont un diamètre qui dépend bien entendu du procédé utilisé. Des diamètres plus faibles, entre 0,05 mm et 0,8 mm sont utilisés pour la pultrusion, I'injection, le thermoformage ou le moulage par compression. Les trois derniers nécessitent des fibres à faible diamètre car la compression des matériaux qu'ils impliquent entraînerait la rupture de fibres à diamètres supérieurs à l'intervalle fourni. De même, lors de la mise en forme de l'armature intervenant lors de la pultrusion, les fibres cassent lorsque leur diamètre est trop gros. Des diamètres entre 0,8 mm et 3 mm peuvent être utilisés pour des procédés de fabrication tels que le surmoulage ou la coextrusion. Le surmoulage entraîne en effet une pression de la matière plastique constituant la matrice sur les fibres (Fn). Si celles-ci sont trop faibles, elles cassent. Il en va de même pour le procédé de coextrusion, dans lequel la matière plastique externe exerce une forte pression sur la ou les fibres de rigidification. Pour la fabrication d'armatures (1) selon la présente invention, il est également possible de mettre en ceuvre un procédé de coextrusion qui s'applique non pas directement sur des fibres, mais sur un matériau composite incluant dès l'origine des fibres. Dans ce cas particulier, on peut réduire le diamètre des fibres et le ramener dans l'intervalle précédent. Cette coextrusion particulière s'exerce en fait sur un matériau central pultrudé, un composite par exemple basé sur du polyéthylène téréphtalate (PET). Ce matériau thermoplastique apporte une certaine rigidité à l'ensemble, mais souffre d'un manque de mémoire élastique. Ensuite, cette âme centrale composite est en quelque sorte gainée par un matériau élastique qui empêche au surplus que des fibres ou filaments internes ne sortent du volume de l'armature, ce qui pourrait avoir des effets préjudiciables à la fois pour le tissu entourant l'armature et pour la peau des personnes portant un vêtement doté d'une telle armature. Le gainage réalisé par cette coextrusion appliqué à une âme centrale pultrudée peut être fait en un polyacétal du type polyoxyméthylène. Lorsqu'on utilise ce procédé de fabrication des armatures (1), Il est en outre nécessaire d'appliquer un post-formage à chaud au produit coextrudé en continu. Parmi les matériaux constituant les fibres de rigidification (Fn), (FI), (Fc), et selon les procédés utilisés, il est prévu d'employer, comme on l'a mentionné, le verre, le carbone ou les polyamides aromatiques pour lesquels on a substitué partiellement un groupe aromatique à la chaîne principale aliphatique, ou encore une combinaison d'au moins deux de ces matériaux. En effet, les modules d'élasticité en flexion et en traction que présentent ces matériaux permettent de choisir avantageusement des fibres dont les modules d'Young sont dans une plage comprise entre 10 000 Mpa et 280 000 Mpa. On peut alors adapter la rigidité de l'armature (1) selon les conditions d'utilisation. Atitre d'exemple, le module d'Young des fibres de carbone représente la borne supérieure de l'intervalle: E = 280 000 Mpa. A titre d'exemple non limitatif, I'armature de rigidification (1) peut être réalisée par pultrusion ou coextrusion d'un des matériaux mentionnés auparavant. Les procédés de fabrication évoqués sont utilisés suivant le même principe général pour les fibres courtes et les fibres longues. L'armature de rigidification selon l'inventionr.est plus particulièrement destinée à rigidifier une partie de sous-vêtement telle qu'un soutien-gorge, comme cela apparaît en figure 3. Elle s'insère alors à la base des bonnets, qu'elle rigidifie. REVENDICATIONS 1. Armature de rigidification (1) d'une partie de vêtement réalisée en matériau thermoplastique ou thermodurcissable, caractérisée en ce que ladite armature (1) comporte des fibres de rigidification (Fn) orientées suivant des arcs de courbure (C) parallèles à la génératrice (G) du volume de ladite armature (1). 2. Armature de rigidification (1) d'une partie de vêtement suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une fibre de rigidification (FI) de longueur équivalente à la longueur totale de l'armature. 3. Armature de rigidification (1) d'une partie de vêtement suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une fibre de rigidification (FI) de longueur équivalente à la longueur totale déployée de l'armature (1) et un pourcentage du volume de ladite armature (1) de fibres (Fc) dont la longueur est supérieure à 5 mm et inférieure à ladite longueur totale déployée. 4. Armature de rigidification (1) d'une partie de vêtement suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un pourcentage du volume de l'armature (1) de fibres (Fc) dont la longueur est supérieure à 5 mm et inférieure à la longueur totale déployée de l'armature (1). 5. Armature de rigidification (1) d'une partie de vêtement suivant l'une des revendications 3 et 4, caractérisée en ce que ledit pourcentage du volume de l'armature (1) de fibres (Fc) est compris entre 0 % et 90 %. 6. Armature de rigidification (1) de vêtement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les matériaux constituant les fibres de rigidification (Fn) (FI) (Fc) sont choisies parmi le verre, le carbone ou les polyamides aromatiques pour lesquels on a substitué partiellement un groupe aromatique à la chaîne principale aliphatique, ou une combinaison d'au moins deux de ces matériaux. 7. Armature de rigidification (1) de vêtement suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est fabriquée à l'aide d'un procédé choisi parmi le thermoformage, le moulage par compression, I'injection, la pultrusion et la pultrusion associée à un enroulement filamentaire. 8. Armature de rigidification (1) de vêtement suivant la revendication précédente, caractérisée en ce que le diamètre des fibres de rigidification (Fn) (FI) (Fc) est compris entre 0,05 mm et 0,8 rffm. 9. Armature de rigidification (1) de vêtement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle est fabriquée à l'aide d'un procédé choisi parmi le surmoulage et la coextrusion. 10. Armature de rigidification (1) de vêtement suivant la revendication précédente, caractérisée en ce que le diamètre des fibres de rigidification (Fn) (Fl) (Fc) est compris entre 0,8 mm et 3 mm. 11. Armature de rigidification (1) de vêtement suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est utilisée pour rigidifier la partie inférieure des bonnets d'un soutien-gorge, porté en sous-vêtement, de guêpière ou de maillot de bain. 12. Armature de rigidification (1) de vêtement suivant l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu'elle est utilisée pour renforcer le col des chemises. 13. Armature de rigidification (1) de vêtement suivant l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu'elle est utilisée pour renforcer des parties de vêtements professionnels. 14. Soutien-gorge caractérisé en ce qu'il comporte des armatures selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.