Brevet FR2833849A1 — publié le 20030627

Nappe de renfort d'une structure composite telle au'une planche de roulage ou de glisse L'invention concerne une nappe de renfort d'une structure composite telle qu'une planche de roulage ou de glisse, notamment un ski, une planche de surf ou de skate-board. L'invention concerne également la planche de roulage ou de glisse comprenant au moins une telle nappe de renfort. Une planche de glisse telle qu'un ski est une structure composite qui comprend un noyau central et sur le dessus et le dessous des couches de renfort supérieures et inférieures. Ces couches de renfort peuvent être des couches de fibres imprégnées de résine et/ou des couches métalliques d'alliages. Dans le cas de couches de renfort en fibres on utilise de façon courante des nappes de fibres qui sont pré-imprégnées de résine, la polymérisation de la résine étant activée lors de la cuisson du ski dans le moule. Les nappes de fibres sont en règle générale constituées de ce qu'on appelle un roving c'est-à-dire des fibres, notamment de fibres de verre, tendues selon des filaments continus et parallèles. Les nappes de fibre peuvent être unidirectionnelles, c'est-à-dire que tous les rovings sont orientés selon une direction unique, ou bidirectionnel, ce qui revient à deux nappes de roving unidirectionnel superposées orientées selon des directions différentes. En règle générale, le roving est posé sur un voile non tissé formé de fibres courtes déposées de façon aléatoire. Le roving et le voile sont assemblés par une couture à l'aide de fils de liage. Pour une telle nappe, le voile améliore la tenue du roving en servant de support et rend plus facile l'opération de couture. Ensuite, lors de l'imprégnation de résine qui est réalisé par exemple par trempage, le voile absorbe davantage de résine que le roving, il constitue donc une réserve de résine qui facilite le collage de la couche de renfort sur le noyau ou le cas échéant sur une couche de renfort métallique ou d'alliage, et permet d'avoir un meilleur remplissage dans certaines zones du moule. En outre le fait que la nappe retienne plus de résine sur une face que sur l'autre facilite les opérations de manipulation lors de la découpe de la nappe et de la mise en place des couches de renfort dans le moule. Toutefois, l'inconvénient de cette nappe est qu'il existe un risque significatif de délaminage à l'interface entre le roving et le voile lorsque le ski est fortement sollicité par exemple en flexion. En effet le roving et le voile sont retenus seulement par les fils de liage et par la résine qui enrobe l'ensemble. Cette interface est une zone de faiblesse dans la superposition des différentes couches. Un autre inconvénient de cette nappe est qu'elle est complexe et peu économique à réaliser. En effet, les différentes couches de la nappe sont d'abord préparées isolément puis amenées sur une machine d'assemblage qui est par exemple de type Malimo ou Libat et qui réalise la couture avec le fil de liage. Ces machines d'assemblage ont des capacités limitées en largeur, et de façon courante la largeur maximale de la nappe est limitée à 1270 millimètres. Or un besoin existe pour des nappes plus larges. Une nappe plus large permet en effet d'avoir des coûts de fabrication plus faibles. En outre, on a plus de souplesse pour adapter la largeur de la nappe à la capacité des autres machines de fabrication, notamment la machine d'imprégnation de résine. On a également plus de souplesse et donc moins de chute pour réaliser les découpes des renforts. Enfin, avec les nappes existantes il est difficile de maîtriser totalement la qualité du voile et du fil de liage. Le voile en particulier peut prendre la résine de façon irrégulière d'où des irrégularités possibles du collage ou dans les apports supplémentaires de résine. La demande de brevet EP 1072293 propose d'améliorer ce type de nappe de renfort par l'usage de fibres voluminisées composites sur l'une des faces de la nappe. Dans ces conditions, la nappe est formée de deux couches de fils roving qui sont superposées et assemblées entre elles par un fil de liage, l'une des couches étant formée par des fils voluminisés. Du fait de leur volume plus important ces fils voluminisés retiennent davantage de résine. Dans ces conditions il est possible de se passer aussi du voile. Un inconvénient de cette réalisation est que la nappe reste malgré tout complexe à réaliser. En effet, la technique d'assemblage de la nappe reste sensiblement la même. Les couches qui forment la nappe sont assemblées par le fil de liage. Dans ces conditions les dimensions de la nappe restent limitées à la capacité de la machine d'assemblage. En outre, comme les couches de la nappe sont simplement superposées, la résistance à l'intercouche par exemple lors d'un essai de pelage repose principalement sur la résistance à la traction du fil de liage. Un but de l'invention est de proposer une nouvelle nappe de renfort sans voile qui soit plus simple à réaliser sur le plan de la technique d'assemblage et donc économique. Un autre but de l'invention est de proposer une nappe de renfort dont la résistance à l'intercouche est améliorée. A cet effet, la nappe de renfort selon l'invention pour une structure composite du type planche de glisse ou de roulage comprend deux ensembles de fils roving orientés selon des directions différentes, les fils roving de l'une des directions étant dits fils de trame et les fils de l'autre direction étant dits fils de chaîne, une partie au moins des fils de trame étant des fils voluminisés, les fils de chaîne étant des fils non voluminisés. Elle est caractérisée par le fait que les fils voluminisés de trame sont entrelacés avec les fils roving de chaîne. L'entrelacement des fils voluminisés avec les fils de chaîne résulte de la réalisation de la nappe non pas avec une machine dite"d'assemblage"mais avec une machine classique de tissage. Une telle machine permet de réaliser la nappe en une seule opération à partir de fils rovings. La capacité en largeur d'une machine de tissage étant largement supérieure à celle d'une machine d'assemblage traditionnelle, il est possible de fabriquer des nappes de renfort dans une plage de largeur plus importante. Les fils voluminisés retiennent davantage la résine ce qui permet de se passer donc du voile. Leur entrelacement avec les fils de l'autre nappe permet de se passer des fils de liage et donc en final on a une résistance à l'intercouche supérieure à ce qu'un fil de liage traditionnel peut produire. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description ci-dessous et aux dessins en annexe qui lui sont attachés. La figure 1 représente un ski en coupe transversale. La figure 2 est une vue schématique en perspective d'une nappe de renfort réalisée selon un premier mode de mise en oeuvre de l'invention. La figure 3 montre l'aspect de la nappe de renfort de la figure 2 sur une face. La figure 4 montre l'aspect de l'autre face de la nappe de renfort de la figure 2. La figure 5 est relative à une variante de réalisation de la nappe de renfort. La figure 6 représente schématiquement en perspective une variante de mise en oeuvre de l'invention. Pour illustrer l'invention, la figure 1 représente en section un ski 1. Ce ski présente une structure d'un type connu avec un noyau central 2 par exemple composé d'une pluralité de lamelles de bois collées entre elles et usinées à la forme voulue, une semelle de glisse 4, une couche supérieure de décor 5, et entre ces différents éléments des ensembles de renfort inférieur et supérieur 8 et 9. Chaque ensemble de renfort comprend une ou plusieurs couches de renfort qui peuvent être des couches de renfort en fibres de verre ou autre imprégnées de résine, ou des couches métalliques ou d'alliage. Dans le cas d'une couche de renfort en fibres, de façon connue, on utilise une nappe de renfort en fibres qui est ensuite imprégnée de résine. La polymérisation de la résine est réalisée lors de la cuisson du ski dans le moule. Il va de soi que la structure du ski décrite n'est pas limitative et que l'invention s'applique à tout mode de construction d'un ski et même plus généralement d'une planche de glisse ou de roulage ayant une structure stratifiée. Selon l'invention une couche de renfort en fibres comprend deux nappes de fils roving orientées selon des directions différentes. L'une des nappes au moins contient des fils voluminisés c'est-à-dire des fils qui ont subi un traitement par exemple par une technique de texturation à jet d'air, par fausse torsion ou autre pour augmenter leur volume apparent. Une technique de texturation pour obtenir de tels fils voluminisés est par exemple décrite dans la demande de brevet FR 2310431. D'autres techniques peuvent être également utilisées. De façon connue, les fils voluminisés ont la particularité d'absorber et de retenir davantage de résine que les fils classiques. En outre comme ils sont plus hydrophiles que les fils non voluminisés, ils offrent un toucher moins pégueux lors de leur manipulation. Dans ces conditions, ils remplacent avantageusement le voile. Selon l'invention, la nappe de renfort est réalisée selon une technique de tissage avec des fils de trame et des fils de chaîne. Les fils voluminisés sont tissés en tant que fils de trame. Les fils de chaîne sont des fils roving non voluminisés. Les fils de trame et de chaîne sont entrelacés entre eux selon une armure de tissage adoptée pour réaliser la nappe. De cette façon on améliore la cohésion de la nappe face à un risque de délaminage. Le produit obtenu en final est plus fin qu'un produit actuellement utilisé, c'est-à-dire le ratio"Ms/e"est plus élevé,"Ms"désignant la masse surfacique et"e"désignant l'épaisseur. Il présente donc une fraction volumique de fibres plus élevée. Comme on utilise un métier à tisser, la nappe est réalisée en une seule opération, contrairement aux nappes assemblées de façon classique. De plus la capacité en largeur d'un métier à tisser est plus grande et plus souple que celle des machines utilisées pour réaliser les nappes assemblées. On peut tisser les nappes sur une largeur de 2,50 à 3 mètres, avec une cadence plus élevée que selon la technique de nappes assemblées. Les figures 2 à 4 représentent de façon schématique une nappe réalisée selon un premier mode de mise en oeuvre de l'invention. Cette nappe comprend en chaîne des fils roving 10 non voluminisés qui sont juxtaposés et s'étendent parallèlement. Ces fils de chaîne 10 sont formés par des fibres synthétiques, par exemple de verre, de polyaramide ou de carbone, ou un mélange hybride de fibres. On a obtenu de bons résultats avec des fils de verre de 1200 tex, mais ce n'est pas limitatif, et l'on pourrait utiliser des fils de 300 à 2400 tex ou même des fils ayant une masse linéique plus importante. Dans le sens de la trame, les fils 12 sont des fils roving voluminisés. Ces fils sont formés par des fibres de verre dont on maîtrise bien la texturation en fils voluminisés. Toutefois toute autre nature de fibres apte à subir cette texturation pourrait être utilisée. On a obtenu de bons résultats avec des fibres de 220 à 320 tex. On pourrait aussi utiliser des fibres ayant une masse linéique plus importante. Ces chiffres n'ont cependant qu'une valeur indicative. La nappe représentée dans les figures 2 à 4 a été tissée selon une armure satin de huit, c'est-à-dire que les fils voluminisés en trame passent au-dessus de sept fils consécutifs de chaîne et au-dessous du huitième. Il va de soi que la notion de dessus et dessous est toute relative, il faut la prendre seulement en relation avec la représentation de la figure 2. Une armure satin de huit est une armure très souple avec un faible embuvage, ce qui assure à la fois de bonnes propriétés mécaniques de la nappe et une bonne cohésion de la nappe face à un risque de délaminage. Selon le mode de réalisation illustré, deux fils de trame consécutifs sont décalés de trois fils de chaîne, c'est-à-dire que deux fils de trame adjacents suivent le même parcours avec trois fils de chaîne de décalage, ou cinq, selon le sens de parcours considéré. L'armure choisie, en l'occurrence le satin de huit et le mode de décalage ne sont pas limitatifs, et l'on pourrait choisir un autre type d'armure, par exemple une armure satin de quatre ou de cinq ou autre, ou bien encore une armure sergé de deux, de quatre ou autre. Ce qui est important en fait est d'avoir en surface sur au moins un côté de la nappe un bon recouvrement en fils voluminisés qui seront aptes à retenir une bonne quantité de résine lors de l'imprégnation. Ce qui est préféré également est d'avoir un embuvage limité pour préserver des bonnes propriétés mécaniques de la nappe. Ainsi, en se reportant au mode de réalisation illustré dans les figures 2 à 4, il est visible que les fils voluminisés sont prépondérants à la face représentée en figure 4, et que les fils roving non voluminisés sont prépondérants à l'autre face représentée en figure 3. Le fait que ces fils roving non voluminisés ne contournent qu'un fil de la trame sur huit assure un entrelacement des nappes avec un embuvage limité. On a obtenu de bons résultats avec des masses surfaciques de 30 à 100 g/m2 pour les fils de trame et de 540 à 960 g/m2 pour les fils de chaîne. Ces valeurs sont données à titre indicatif uniquement. De façon optionnelle, dans la direction de la trame, en plus des fils voluminisés, on peut ajouter quelques fils synthétiques par exemple de verre, polyester ou autre enduit d'une résine thermofusible que l'on fait adhérer aux autres fils par exemple par une opération de calandrage sur un tambour chaud. Ces fils sont tissés selon la direction de la trame en même temps que les fils voluminisés et après échauffement ils renforcent la tenue de la nappe jusqu'à son imprégnation de résine. On a obtenu de bons résultats avec une masse surfacique de tels fils comprise entre 5 et 7 g/m2. Ces valeurs ne sont données qu'à titre indicatif. Lors de la fabrication du ski, la manipulation de la nappe imprégnée de résine est aisée. En effet, les deux faces présentent un aspect différent qui permet de les identifier facilement. En outre, la face voluminisée étant plus hydrophile que l'autre, elle est moins pégueuse au toucher que l'autre, ce qui facilite sa manipulation ou un repositionnement du moule par un opérateur. Dans la structure du ski, si l'on dispose la nappe avec les fils de chaîne orientés selon la direction longitudinale du ski, la nappe de renfort présente de très bonnes propriétés de résistance à la traction ou compression en cas de flexion du ski, du fait de son faible embuvage. La structure du ski présente une très bonne résistance de l'intercouche au délaminage du fait de l'entrelacement de la trame et de la chaîne. Enfin, la nappe de renfort est moins épaisse qu'une nappe traditionnelle et plus légère du fait de l'absence de voile et de fil de liage. Elle permet donc de réaliser des skis avec un meilleur rapport poids/performances mécaniques. En variante de ce mode de réalisation la figure 5 illustre de façon schématique une nappe de renfort où les fils voluminisés sont prépondérants à chacune des faces de la nappe. La nappe représentée comprend des fils roving non voluminisés 16 tendus parallèlement selon la direction de la chaîne. Les fils tendus selon la trame sont des fils roving voluminisés 18 et 19. Il est visible dans la figure 5 qu'un fil de trame 18 passe au-dessus de sept fils de chaînes consécutifs et en dessous du huitième. Le fil de trame suivant 19 suit un parcours inverse et passe en dessous de sept fils de chaîne consécutifs et au-dessus du huitième, et ainsi de suite. Deux fils de trame 18 consécutifs suivent le même parcours avec un décalage de trois ou de cinq fils de chaîne, selon le sens de parcours considéré. Deux fils de trame 18 et 19 adjacents sont détournés alternativement tous les quatre fils de chaîne. Naturellement le tissage des fils peut être réalisé de façon différente. La nappe réalisée selon ce mode de réalisation a le même aspect à chacune de ses faces. Elle présente en plus sur chacune de ses faces une prépondérance de fils voluminisés qui remplacent avantageusement un voile. Les fils non voluminisés qui assurent les propriétés mécaniques de la nappe sont tendus dans la direction de la chaîne entre les deux niveaux de fils voluminisés. L'entrelacement des fils assure en outre une bonne résistance au délaminage. La figure 6 est relative à un autre mode de mise en oeuvre de l'invention. Selon ce mode de réalisation, la trame comprend des fils roving voluminisés 24 et des fils roving non voluminisés 25. La chaîne comprend comme dans les cas précédents des fils roving non voluminisés. Ce mode de réalisation est adapté pour réaliser une nappe de fils roving dite bidirectionnelle, c'est-à-dire une nappe qui présente des fils roving aptes à supporter des contraintes de traction et de compression selon deux directions principales ayant des orientations différentes. Ce type de renfort est utilisé dans certaines construction de skis, avec de préférence les fils de chaîne orientés selon la direction longitudinale du ski, et les fils de trame orientés transversalement. Selon le mode de réalisation illustré, un fil de trame non voluminisé 25 est alterné avec deux fils de trame 24 voluminisés. Ce fil 25 passe au-dessus de deux fils de chaîne adjacents puis au-dessous du troisième et ainsi de suite. Le fil 24 suit le même parcours que dans les cas précédents. D'autres modes de tissage d'une telle nappe pourraient également convenir. L'entrelacement double des fils de trame voluminisés et non voluminisés assure ici une très bonne résistance de la couche de renfort au délaminage ou au pelage, avec un embuvage relativement faible assurant de bonnes propriétés mécaniques du renfort selon ses deux orientations privilégiées de résistance à la traction ou la compression. Naturellement, la présente description n'est donnée qu'à titre indicatif et l'on pourrait adopter d'autres mises en oeuvre de l'invention sans pour autant sortir du cadre de celle-ci. En particulier, on pourrait utiliser d'autres modes de tissages, et aussi combiner entre elles les variantes de réalisation ou de mise en oeuvre qui ont été décrites. Egalement, l'invention n'est pas limitée aux nappes de renfort prévues pour la construction d'un ski, elle s'applique de façon générale à la construction de toute structure composite de type planche de glisse ou de roulage, et notamment les planches de ski de fond, de surf de neige, de glisse sur l'eau ou de skate-board. Enfin on pourrait intervertir les fils de trame avec les fils de chaîne. REVENDICATIONS 1-Nappe de renfort pour une structure composite du type planche de glisse ou de roulage comprenant deux ensembles de fils roving parallèles orientés selon des directions différentes, les fils roving (12,18, 19,24, 25) de l'une des directions étant dite fils de trame et les fils roving (10, 16,26) de l'autre direction étant dite fils de chaîne, une partie au moins des fils de trame étant des fils voluminisés (12,18, 19,24), les fils de chaîne (10,16, 26) étant des fils non voluminisés, caractérisée par le fait que les fils voluminisés (12,18, 19,24) de trame sont entrelacés avec les fils (10,16, 26) de chaîne. 2-Nappe de renfort selon la revendication 1, caractérisée par le fait que tous les fils de trame (12,18, 19) sont des fils voluminisés. 3-Nappe selon la revendication 2, caractérisée par le fait que les fils de trame (12,18, 19) sont tissés avec les fils de chaîne (10,26) selon une armure satin. 4-Nappe selon la revendication 2, caractérisée par le fait que les fils de trame (12,18, 19) sont tissés avec les fils de chaîne (10,26) selon une armure satin de huit. 5-Nappe selon la revendication 3, caractérisée par le fait que les fils de trame (18,19) sont tissés avec les fils de chaîne (16) selon des parcours inverses de façon à être prépondérants sur l'une et l'autre des faces de la nappe. 6-Nappe selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les fils de trame (24,25) comprennent des fils (24) voluminisés et des fils (25) non voluminisés. 7-Nappe selon la revendication 6, caractérisée par le fait que deux fils de trame voluminisés (24) entrelacent les fils de chaîne en alternance avec un fil de trame non voluminisé (25). 8-Nappe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les fils voluminisés (12,18, 19,24) ont une masse linéique comprise entre 220 et 320 tex. 9-Nappe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les fils non voluminisés (10,16, 25) ont une masse linéique comprise entre 300 et 2400 tex. 10-Planche composite pour la pratique de la glisse ou du roulage, caractérisée par le fait qu'elle présente au moins une nappe de renfort selon l'une quelconque des revendications précédentes.