Brevet FR2773999A1 — publié le 19990730

PROCEDE DE FABRICATION PAR INJECTION D'UNE PLANCHE DE GLISSE Domaine Technique L'invention concerne le domaine des sports de glisse et plus précisément celui des sports de glisse sur neige. Elle concerne les procédés de fabrication de planches par injection in-situ d'une mousse de polyuréthanne. Elle vise plus particulièrement un procédé perfectionné permettant de réaliser de façon optimale des skis ou plus généralement des planches de glisse présentant une structure composite comportant des éléments de renfort de nature différente. Plus précisément, ce procédé permet la réalisation de skis ou de surf dont la structure interne présente au moins un renfort métallique, et un renfort fibreux De façon générale, le reste de la description présentera l'application de l'invention à la réalisation de skis alpins, mais elle se transpose sans aucune difficulté pour l'homme du métier aux autres types de planche de glisse : monoski, surf des neiges, ski de fond... Techniques antérieures De façon connue, les skis sont très souvent réalisés par un procédé d'injection in-situ d'une mousse de polyuréthanne. Ainsi, selon un premier procédé connu, on réalise une telle planche de glisse en disposant dans un moule un ensemble inférieur destiné à constituer la base du ski. Ensuite, on place au-dessus de cet ensemble inférieur, un ensemble supérieur et éventuellement les chants destinés à former le dessus et les bords du ski. Ainsi, après avoir refermé le moule, il existe un espace vide situé entre l'ensemble inférieur et l'ensemble supérieur. A l'intérieur de cet espace vide sont injectés des composants liquides destinés à réagir entre eux pour former une mousse de polyuréthanne. Cette réaction est exothermique et se traduit par une expansion de mousse qui vient plaquer l'ensemble supérieur sur les parois internes du moule. On connaît la possibilité d'intégrer à l'intérieur d'une telle planche de glisse des renforts destinés à leur conférer certaines propriétés mécaniques de résistance à la flexion et à la torsion. De tels renforts sont généralement constitués de nappes fibreuses de verre , de carbone, d'aramide (Kevlar), ou bien encore d'éléments métalliques, par exemple, à base d'alliages d'aluminium ou d'acier. On sait que, dès que les éléments métalliques sont mis en place dans le moule, avant injection des constituants de la mousse de polyuréthanne, leur forte conductibilité thermique leur fait atteindre rapidement la température du moule. Lorsque les composants de la mousse de polyuréthanne sont introduits à l'intérieur d'une structure, la mousse se forme avec une densité moyenne définie en fonction du volume à remplir et de la quantité de produit injectée. Cette densité n'est pas parfaitement régulière car elle varie notamment du coeur de la structure vers ses parois extérieures. I1 est connu qu'au contact d'une paroi froide, la mousse forme une "couche de peau", c'est-à-dire une zone de plus forte densité. Cette couche de peau est essentielle pour assurer un bon collage et une bonne cohésion du noyau sur les divers éléments constitutifs de la structure du noyau injecté L'épaisseur de cette couche de peau est d'autant plus grande que les constituants de la mousse sont injectés sur une paroi de moule ou dans un moule froid (20 à 30 C); la densité de la couche externe de la mousse est alors beaucoup plus élevée que la densité à coeur de la mousse. A l'inverse, l'épaisseur de cette couche de peau est d'autant plus faible que les constituants de la mousse sont injectés sur une paroi de moule ou dans un moule chaud (100 à 1200 C) ; la densité de la couche externe est alors très voisine de la densité à coeur de la mousse. Mais dans les deux cas, la densité moyenne de la mousse sera identique. Toutefois, pour permettre un bon écoulement des composants liquides destinés à former la mousse expansée, il est important que les éléments sur lesquels ils cheminent soient relativement tempérés. En effet, les produits à l'état liquide étant introduits dans le moule à une température voisine de 40 C, leur fluidité, donc leur aptitude à se répartir à l'intérieur du moule est améliorée s'ils rencontrent une surface chaude. Dans le cas contraire, l'expansion se déclenchera avant que le produit n'atteigne l'extrémité opposée à l'orifice d'injection. Dans un procédé de fabrication d'une planche de glisse, par injection in situ des produits constitutifs d'une mousse à l'intérieur d'une structure comportant des renforts métalliques, il est connu que les renforts sont mis en place dans le moule d'injection à température ambiante puis, le moule est porté à une température voisine de 60"C pendant toute la période de réticulation de la mousse, ce qui permet d'obtenir le gradient de température nécessaire à la formation d'une couche de peau d'épaisseur convenable au contact des renforts et par conséquent assure des caractéristiques de collage suffisantes. La résine d'expansion doit être injectée sur une surface suffisamment chaude pour bien se répartir mais doit expanser sur des renforts métalliques suffisamment froids pour conserver une couche de peau d'épaisseur satisfaisante pour obtenir un bon collage. Par ailleurs, on connaît un autre procédé de fabrication de planches de glisse dans lequel les renforts mécaniques sont constitués par des nappes de verre préimprégnés d'une résine thermodurcissable. Un tel procédé est notamment décrit dans le brevet du Demandeur nO FR 2 654 670. De tels renforts fibreux sont imprégnés d'une résine dont la température de durcissement est voisine de 115"C. Ainsi, lors de la fabrication de la planche de glisse, il est nécessaire de porter le moule à une température suffisante pour assurer le durcissement de la résine imprégnant les renforts en fibres de verre. Typiquement, cette température est légèrement supérieure à la température de durcissement de la résine. Or, la fabrication de produits à base de nappes de fibres imprégnées de résine est délicate dans la mesure où les composants de la résine commencent à réagir à partir de leur mélange dans un temps variable en fonction de la température. Ce temps caractéristique appelé "Pot Life" est directement lié au type de résine utilisée. D'une façon générale, le temps de manipulation avant durcissement diminue lorsque la température augmente. Généralement, les cycles de durcissement des produits moussants et des résines d'imprégnation de tissus sont très différents (en temps et en température). Des problèmes apparaissent lorsqu'il s'agit de produire une structure de planche de glisse par le procédé d'injection In Situ, cette planche comportant à la fois des renforts métalliques et des renforts fibreux de type stratifiés de verre. Le maintien du moule à une température élevée est parfaitement incompatible avec le bon collage des renforts métalliques. En effet, comme expliqué précédemment, du fait de leur conductibilité thermique, les éléments métalliques atteignent rapidement la température du moule chauffé. Ainsi, si l'on utilise un moule chauffé à 115 C ou plus, la température de l'élément métallique est trop élevée, il s'ensuit que la couche de peau de la mousse qui se forme au contact de l'élément métallique est d'épaisseur négligeable, ce qui ne permet pas d'assurer un collage efficace. Une résine d'imprégnation de renfort fibreux doit, pour sa part, être maintenue à basse température jusqu'à la fermeture du moule. Puis, la température doit s'élever rapidement pour se maintenir aux environs de 115" C pendant un temps prédéterminé pour durcir le plus rapidement possible. Le double problème que se propose de résoudre l'invention est: - d'une part, celui de la compatibilité entre la nécessité de chauffer le moule à une température suffisante pour permettre une bonne répartition du produit moussant à l'intérieur du moule combiné à la nécessité de maintenir les éléments métalliques à une température suffisamment basse pour obtenir une couche de peau de la mousse de polyuréthanne suffisamment épaisse pour assurer une bonne adhérence entre les éléments métalliques et la mousse; - et d'autre part, celui de positionner les renforts fibreux fraîchement imprégnés de résine dans un moule relativement froid pour éviter un durcissement trop rapide donc pour les maintenir aptes à la déformation sous l'effet de la pression d'expansion de la mousse, puis à réaliser le durcissement de ces renforts fibreux à haute température, dans un temps minimum pour réduire le temps global de moulage. Ces différents impératifs sont, a priori, contradictoires. En d'autres termes, le problème que se propose de résoudre l'invention est celui de la réalisation d'une planche de glisse par injection de produit moussant, dans laquelle la planche comporte des éléments de renfort de nature différente, à savoir d'une part, des éléments métalliques, et d'autre part, des éléments réalisés en nappes de verre ou équivalent imprégnés d'une résine polymérisable. Exposé de l'invention L'invention concerne donc un procédé de fabrication d'une planche de glisse par injection d'une résine moussante, cette planche comportant un ensemble inférieur, un ensemble supérieur, et des éléments de renfort constitués par des éléments métalliques et des renforts en fibres imprégnés de résine. Un tel procédé comprend les étapes suivantes connues: - mise en place, de l'ensemble inférieur dans le fond de moule; - mise en place de l'ensemble supérieur au-dessus de l'ensemble inférieur en formant une cavité nécessaire au passage des produits constituant la mousse - fermeture du moule par son couvercle; - injection des composants destinés à réagir pour s'expanser et former une mousse. Conformément à l'invention, le procédé se caractérise en ce que au moment de l'injection, le fond et le couvercle du moule sont maintenus à des températures différentes, l'organe du moule situé le plus prés des éléments de renfort fibreux imprégnés de résine thermodurcissable étant maintenu à une température inférieure à la température de l'organe du moule situé le plus près des renforts métalliques. En d'autres termes, l'invention consiste, d'une part, à la fermeture du moule, à maintenir la température de la partie du moule située le plus prés des renforts métalliques entre 40 et 800 C et préférentiellement aux environs de 60 C pour permettre au fluide injecté de cheminer jusqu'à l'extrémité de la forme de la planche de glisse, sans toutefois élever trop rapidement en température le renfort métallique par conductibilité thermique afin de conserver une couche de peau de mousse suffisamment épaisse pour ne pas altérer les caractéristiques du collage de la mousse sur les renforts métalliques. D'autre part, pendant l'injection de la résine moussante, on maintient la partie du moule contenant les éléments de renfort fibreux pré-imprégnés à une température plus basse, c'est-à-dire entre 15 et 350 C, et préférentiellement au voisinage de 30 pour freiner le durcissement de la résine d'imprégnation puis, seulement lorsque la résine moussante de remplissage s'est expansée, donc que sa réticulation est suffisante selon le procédé conforme à l'invention, on élève ensuite très rapidement entre 90" et 1300, et préférentiellement aux environs de 115 C les deux parties de moule pour réduire le plus possible le temps de moulage de la pièce, puis on les maintient dans cette plage de température pendant 4 à 8 mn, et préférentiellement environ 6 mn. Le fait de "freiner" le durcissement de la résine d'imprégnation au début du cycle de moulage permet de maintenir le renfort fibreux dans un état suffisamment "souple" pour former correctement la pièce grâce à la pression d'expansion de la mousse. Sans cette précaution, le formage devient imparfait. Description sommaire des figures La manière de réaliser l'invention, ainsi que les avantages qui en découlent ressortiront bien de la description des modes de réalisation qui suivent, à l'appui des figures annexées dans lesquelles: La figure 1 est une vue en coupe transversale du ski mis en place dans un moule fermé. La figure 2 est un diagramme illustrant l'évolution de la température des deux parties de moule en fonction du temps, à partir de l'injection des composants de la mousse de polyuréthanne. Manière de réaliser l'invention Comme déjà dit, l'invention consiste à assurer un chauffage différencié des parties supérieure et inférieure d'un moule d'injection de planche de glisse. Ainsi, comme on le voit à la figure 1, une planche de glisse est composée d'un ensemble inférieur (1) constitué essentiellement d'une semelle (2) et de carres métalliques latérales (3 et 4). Cet ensemble inférieur (1) est disposé dans le fond de moule (20) à l'intérieur d'un logement en creux (21) prévu à cet effet. Cet ensemble inférieur (1) reçoit sur sa face supérieure un renfort métallique (5) qui repose sur le dessus de l'ensemble inférieur (1) par l'intermédiaire de picots (6, 7). La forme de ce renfort et son matériau peuvent être éminemment variables et n'ont pas d'incidence sur la portée de la présente invention. L'ensemble supérieur (10) est disposé au-dessus de cet ensemble inférieur. Cet ensemble supérieur (10) se compose de la couche extérieure (11) et d'un élément de renfort (12) réalisé par exemple en un tissu de fibres de verre. Ce renfort (12) est imprégné d'une résine époxy. Dans l'exemple illustré, le ski présente une structure "à coque" dans laquelle les chants sont constitués par le prolongement latéral de l'élément supérieur (11) qui s'étend jusqu'aux carres métalliques (3, 4), mais l'invention couvre également les formes de réalisations dans lesquelles les chants sont réalisés à partir d'éléments de renforcement latéraux indépendants pour former une structure communément appelée de type "sandwich". Après la mise en place de l'ensemble supérieur (10) sur l'ensemble inférieur (1), la partie supérieure du moule (22) est mise en place sur la partie inférieure du moule (20). L'espace existant entre l'ensemble supérieur et l'ensemble inférieur, est destiné à constituer le noyau (13). C'est dans ce volume que sont injectés les constituants chimiques destinés à réagir ensemble pour s'expanser et former une mousse de polyuréthanne. Comme déjà dit, il est essentiel, pour que les caractéristiques mécaniques du ski soient parfaitement homogènes, que les composants de la mousse de polyuréthanne injectés cheminent de façon fluide sur toute la longueur du ski. A cet effet, la partie du moule qui est à proximité de l'élément métallique (5), ici la partie basse (20), se trouve maintenue à une température supérieure à celle de la partie opposée du moule (22). De la sorte, l'élément métallique (5) se trouvant décalé par les picots (6, 7) de la partie basse (20) est pratiquement isolé thermiquement de cette partie basse qui, elle, est portée à une température suffisante pour faciliter l'écoulement des composants de la mousse de polyuréthanne sur toute la longueur du ski, ce qui favorise l'apparition d'une couche de peau d'une épaisseur suffisante pour assurer un collage efficace et durable entre l'élément métallique (5) de la mousse de polyuréthanne. A l'opposé, l'élément de moule (22) à proximité de l'élément de renfort imprégné (12) est maintenu à une température inférieure pour éviter le démarrage prématuré du durcissement de la résine époxy pendant la mise en place des éléments dans le moule. Typiquement, la température de la partie basse du moule (20) au moment de l'injection est maintenue entre 400 C et 80" C, alors que la température de l'élément supérieur du moule (22) est maintenue à une température compris entre 150 C et 35" C. Comme on le voit à la figure 2, la courbe en trait continu (32) correspond au cycle de température de l'organe du moule situé le plus prés des éléments fibreux. Cette température est maintenue pendant une période correspondant au temps nécessaire pour le remplissage du ski par les composants de la mousse de polyuréthanne, l'expansion de ladite mousse, et la création des différentes couches de peau. Plus précisément, pendant la période t0 - to, d'une durée comprise entre 30 secondes et une minute et demie. Parallèlement, pendant la durée t'l - to, d'une durée de 40 secondes à 2 minutes, la courbe en traits pointillés (31) correspond à la température de l'organe du moule située le plus prés des éléments métalliques. Par la suite, l'ensemble du moule est monté en température jusqu'à un niveau supérieur à 1150 C pour assurer la fin du durcissement de la mousse de polyuréthanne et surtout celui de la résine époxy imprégnant l'élément de renfort (12). Les deux courbes (31 et 32) représentant respectivement la température de la partie de moule la plus proche du renfort métallique et celle de la partie du moule la plus proche de l'élément de renfort imprégné de résine époxy se rejoignent après la montée en température en t2, et pendant une durée t3 - t2, la température du moule est alors maintenue à une valeur constante pour assurer le durcissement des différentes constituants. Ensuite, en fin de cycle, la température des deux parties du moule (20, 22) est ramenée à la température ambiante (t4). I1 ressort de ce qui précède que selon le procédé conforme à l'invention, on obtient un ski dont les propriétés mécaniques sont donc optimales, car d'une part, l'élément métallique de renfort est entouré d'une couche de peau de polyuréthanne suffisante pour assurer une bonne cohésion de l'assemblage, et d'autre part, la résine époxy n'a pas subi de chauffage préalable à son durcissement, ce qui aurait dégradé son aptitude à la mise en forme. REVENDICATIONS 1/ Procédé de fabrication par injection d'une planche de glisse comportant un ensemble inférieur (1) un ensemble supérieur (10), et des éléments de renfort constitués par des éléments métalliques (7) et des renforts en fibres (12) imprégnés de résine, ledit procédé comportant les étapes suivantes - mise en place de l'ensemble inférieur (1) dans le fond de moule (20) - mise en place de l'ensemble supérieur (10) au-dessus de l'ensemble inférieur (1) en formant une cavité nécessaire au passage des produits constituant la mousse; - fermeture du moule par mise en place du couvercle de moule (22); - injection des composants destinés à réagir pour s'expanser et former une mousse, caractérisé en ce qu'au moment de l'injection, le fond (20) et le couvercle (22) du moule sont maintenus à des températures différentes, l'organe du moule (22) situé le plus prés des éléments de renfort fibreux (12) imprégnés de résine thermodurcissable étant maintenu à une température inférieure à la température de l'organe du moule (20) situé le plus près des renforts métalliques (7). 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, au moment de l'injection des composants moussants, la température de l'organe du moule le plus proche du renfort métallique est comprise entre 400 C et 800 C, et la température de l'organe du moule le plus proche du renfort fibreux est comprise entre 15 et 350 3/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, au moment de l'injection des composants moussants, la température de l'organe du moule le plus proche du renfort métallique est au voisinage de 60 C, et la température de l'organe du moule le plus proche du renfort fibreux est au voisinage de 30 C. 4/ Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on maintient la température entre 40 C et 800 C de l'organe du moule situé le plus prés des éléments métalliques entre 40 secondes à 2 minutes. 5/ Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on maintient la température entre 150 C et 350 C de l'organe du moule le plus prés des éléments fibreux entre 30 secondes à 1 minute 30. 6/ Procédé selon la revendication 4. caractérisé en ce qu'après la phase d'injection, on maintient la température entre 900 C et 1300 C des deux parties de moule entre 4 mn et 8 mn. 7/ Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la résine moussante est du polyuréthane. 8/ Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la résine d'imprégnation est une résine epoxy.