Brevet FR2762800A1 — publié le 19981106

Procédé de fabrication d'un embout de sécurité et/ou de protection non métallique de haute résistance, insert de renfort et embout de sécurité etlou de protection ainsi obtenus La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un embout de sécurité et/ou de protection non-métallique de haute résistance pour articles chaussants de sécurité et/ou de protection ainsi que l'insert de renfort, l'embout ainsi obtenus et l'article chaussant de sécurité et/ou de protection comportant ledit embout. I1 est connu de réaliser des embouts non métalliques pour des chaussures de sécurité et/ou de protection qui sont non-magnétiques, isolants électriques et thermiques et présentent un poids faible de manière à améliorer le confort. En particulier, ces embouts sont réalisés le plus souvent en matériaux composites à partir de matériaux de grande diversité. Ainsi, il est connu d'obtenir ce type d'embout composite par compression de tissus hybrides composés par exemple de fibres synthétiques en résine thermoplastique et fibres inorganiques (EP-A-O 528 249), par thermoformage de structures multicouches complexes constituées par exemple à partir de fibres de verre longues tissées et courtes non tissées au sein d'une matrice thermoplastique (EP-A-0 614 623), par empilement de plusieurs couches de tissu imprégné de résine thermodurcissable (GB-A-2 050 144), par compression de fibres métalliques tissées au sein d'un complexe composite de fibres de verre et d'une matrice thermoplastique (EP-A-0 614 623), par injection de matières thermoplastiques telles qu'un polycarbonate (FR-A-2 525 443), d'un polypropylène, d'un polyuréthanne (EP-A-O 617 582), d'un polyamide (FR-A-2 572 259), d'ABS (GB-1 284 736), etc, chargées ou non de fibres, ou encore par compression de bandes préformées constituées de fibres UD dans une matrice thermoplastique (EP-A-O 100 181). Le plus souvent, ces embouts composites non métalliques relèvent de fabrications relativement complexes. De plus, les exigences européennes (normes EN 344, 345, 346) concernant la protection devant être offerte par de tels embouts en remplacement d'embouts métalliques et, en particulier, une résistance au choc d'au moins 200 J et une résistance à l'écrasement de 15 KN ne peuvent pas être atteintes de manière satisfaisante avec les embouts évoqués ci-dessus. En effet, afin d'atteindre de telles performances mécaniques, il est nécessaire de prévoir, pour fabriquer un embout de ce type, des épaisseurs de matériaux qui interdisent la possibilité de substituer ces embouts non métalliques aux embouts métalliques directement sur les chaines de fabrication. En outre, de telles surépaisseurs des embouts nuisent à l'esthétique et au confort de l'article chaussant et limitent les gains en poids par rapport aux embouts métalliques. Afin de pallier ces inconvénients, la présente invention propose un procédé de fabrication permettant d' obtenir un embout composite non métallique de haute résistance présentant des qualités élevées de résistance au choc et à l'écrasement, conformes aux normes européennes précitées ainsi qu'aux normes japonaises (JIS T 8101) et américaines (ANSI 241-1991) et comparables à celles des embouts métalliques, tout en présentant une épaisseur satisfaisante tant du point de vue du confort que de l'esthétique de l'article chaussant et lui permettant d'être substitué directement aux embouts métalliques dans les chaînes de fabrication. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un embout composite de sécurité et/ou de protection de haute résistance, caractérisé en ce qu'on réalise un insert de renfort préformé à partir d'un empilement d'au moins deux couches de fibres présentant une orientation de leurs fibres respectives différente, on met en place ledit insert de renfort préformé dans un moule et on enrobe ledit insert de renfort d'une résine thermodurcissable ou thermoplastique amenée dans le moule, ladite résine imprégnant l'insert de renfort. Avantageusement, la mise en forme de l'insert de renfort en fibres permet d'obtenir un élément semi-fini rigide. De préférence, l'insert de renfort est réalisé à partir d'un empilement de plusieurs couches de fibres, les fibres pouvant être sous forme de tissés et/ou de mats à fibres longues et/ou courtes et/ou de nappes ou de bandes à fils continus. Ces couches peuvent être de dimensions identiques ou différentes selon les performances recherchées. La composition desdites couches au sein de l'empilement est avantageusement choisie de manière à obtenir des performances mécaniques déterminées. Ainsi, en fonction des caractéristiques mécaniques que l'on souhaite conférer à l'insert de renfort, on peut utiliser uniquement un empilage de tissés, ou bien un empilage de tissés et de mats, ou une combinaison de tissés, de mats et de nappes de fils continus et moduler l'orientation des fibres dans les différentes couches au sein de 1 'empilement. Le préformage de l'insert de renfort peut être obtenu par pressage de fibres empilées en couches dans un moule de préformage, ces couches étant préalablement chauffées. Selon une variante du procédé, il est également possible d'obtenir directement l'insert de renfort préformé lors de l'opération de tissage en deux ou trois dimensions de chacune des couches élémentaires de fibres. Les fibres utilisées dans le cadre du procédé de l'invention pour former l'insert de renfort sont de préférence des fibres de verre et/ou des fibres d'aramide et/ou des fibres de carbone et/ou des fibres de polyéthylène. Avantageusement, afin de conférer à l'insert de renfort préformé des qualités de maintien et de préservation de la forme, en particulier lors du préformage par compression, les fibres sont poudrées d'un liant thermoactivable. Celuici est choisi de manière à rester inactif au cours des phases ultérieures du procédé ou, du moins, à ne pas gêner lesdites phases ultérieures du procédé. L'insert de renfort obtenu au cours du procédé de réalisation constitue un produit semi-fini qui peut être, avantageusement, traité directement selon les étapes suivantes du procédé ou, si nécessaire, stocké en attente de la poursuite du procédé. L'invention a donc également pour objet l'insert de renfort préformé ainsi obtenu. Cet insert de renfort est ensuite enrobé d'une résine thermodurcissable ou thermoplastique réagissant sous l'effet de la chaleur dans le moule, la résine thermodurcissable étant réticulable et la résine thermoplastique polymérisable in situ dans le moule. Selon une première variante, on met en place l'insert de renfort dans un moule d'injection chauffé et régulé en température dans lequel est injectée à basse pression une résine thermodurcissable ou thermoplastique propre à imprégner ledit insert de renfort. De préférence, la pression d'injection se situe dans une plage de 1 à 10 bars, plus particulièrement de 3 à 6 bars. Selon une seconde variante de l'invention, l'insert de renfort est introduit dans un moule dans lequel on vient ensuite couler une quantité appropriée de résine thermodurcissable ou thermoplastique. Le moule chauffé et régulé en température est ensuite fermé. La résine vient alors imprégner par compression l'insert de renfort puis réagit sous l'action de la chaleur. Pour ces deux variantes, il peut être envisagé d'avoir recours au vide dans le moule afin d'éliminer au maximum la présence de porosité dans le produit fini et améliorer ainsi la processabilité. La résine thermodurcissable est constituée, de préférence, par une matrice polymère réticulable telle qu'une résine polyester, une résine polyépoxyde, une résine polyuréthanne, une résine vinylester ou encore une résine polyester-uréthanne. La résine thermoplastique polymérisable in situ dans le moule est constituée, de préférence, d'une résine polyester, d'une résine polyuréthanne ou d'une résine polycaprolactane. De préférence, le taux de fibres au sein de la matrice ainsi obtenue est supérieur à 65 %' en masse. Ainsi, le procédé de l'invention permet d'obtenir un embout de sécurité et/ou de protection constitué à partir d'un insert de renfort imprégné d'une résine thermodurcissable ou thermoplastique présentant des qualités et des propriétés comparables aux embouts métalliques. En particulier, un embout de sécurité et/ou de protection selon l'invention présente une épaisseur maximale de 5 mm dans la zone avant et de 3 mm sur le bord arrière. L'invention a également pour objet un embout de sécurité et/ou de protection obtenu selon le procédé de l'invention ainsi qu'un article chaussant de sécurité et/ou de protection muni d'un tel embout. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un embout composite de sécurité et/ou de protection de haute résistance, caractérisé en ce qu'on réalise un insert de renfort préformé à partir d'un empilement d'au moins deux couches de fibres présentant une orientation de leurs fibres respectives différente, on met en place ledit insert de renfort préformé dans un moule d'injection, et on enrobe ledit insert de renfort d'une résine thermodurcissable ou thermoplastique amenée dans le moule, ladite résine imprégnant l'insert de renfort. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les couches de fibres empilées sont sous forme de tissés et/ou de mats à fibres longues et/ou courtes et/ou de nappes ou de bandes à fils continus. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les couches sont de dimensions identiques. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les couches sont de dimensions différentes. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les fibres sont des fibres de verres et/ou des fibres d'aramide et/ou des fibres de carbone et/ou des fibres de polyéthylène. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on préforme l'insert de renfort par pressage de fibres empilées en couches dans le moule de préformage, lesdites couches étant préalablement chauffées. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les fibres sont poudrées d'un liant thermoactivable. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'insert de renfort est préformé lors de l'opération de tissage en deux ou trois dimensions de chacune des couches élémentaires de fibres. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'on met en place l'insert de renfort dans un moule d'injection chauffé et régulé en température dans lequel est injectée à basse pression une résine thermodurcissable ou thermoplastique propre à enrober et imprégner ledit insert de renfort. 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'on met en place l'insert de renfort dans un moule dans lequel on vient ensuite couler une quantité appropriée de résine thermodurcissable ou thermoplastique, le moule, chauffé et régulé en température, est ensuite fermé, la résine imprégnant par compression l'insert de renfort puis réagissant sous l'action de la chaleur. 11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'on fait le vide dans le moule au cours de l'imprégnation de l'insert de renfort par la résine thermodurcissable ou thermoplastique. 12. Procédé selon l'une des revendications 10 et 11, caractérisé en ce que le taux de fibres au sein de la matrice est supérieur à 65% en masse. 13. Insert de renfort préformé, du type constitué d'un empilement d'au moins deux couches de fibres, fabriqué selon le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une couche supérieure de fibres et une couche inférieure de fibres d'orientation différente. 14. Insert de renfort selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il est préformé par le pressage de l'empilement de fibres dans un moule de préformage, lesdites couches étant préalablement chauffées. 15. Insert de renfort selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il est préformé par le tissage en deux ou trois dimensions de chacune des couches élémentaires de fibres. 16. Insert de renfort selon l'une des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que les couches de fibres sont constituées par des tissés de fibres et/ou des mats à fibres longues et/ou courtes et/ou de nappes ou de bandes à fils continus. 17. Insert de renfort selon l'une des revendications 13 à 16, caractérisé en ce que les fibres sont des fibres de verre et/ou des fibres d'aramide et/ou des fibres de carbone et/ou des fibres de polyéthylène. 18. Insert de renfort selon l'une des revendications 13 à 17, caractérisé en ce que les fibres sont poudrées d'un liant thermoactivable. 19. Embout de sécurité et/ou de protection de haute résistance pour article chaussant de sécurité et/ou de protection, obtenu selon le procédé des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comporte un insert de renfort préformé présentant un empilement d'au moins deux couches de fibres dont l'orientation est différente, ledit insert de renfort étant enrobé et imprégné par une résine thermodurcissable ou thermoplastique. 20. Article chaussant de sécurité et/ou de protection du type comportant un embout de sécurité et/ou de protection de haute résistance obtenu par le procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé que l'embout de protection et/ou de sécurité comporte un insert de renfort préformé présentant un empilement d'au moins deux couches de fibres dont l'orientation est différente, ledit insert de renfort étant enrobé et imprégné par une résine thermodurcissable ou thermoplastique.