Brevet FR2876699A1 — publié le 20060421

La présente invention se rapporte à un matériau multiusage à caractéristiques physiques et mécaniques élevées, particulièrement recommandé pour réaliser facilement, rapidement, économiquement et en toute sécurité des éléments actuellement réalisés en métal ou dans d'autres matières plastiques diverses. Il est connu que de nombreux articles, par exemple les renforts de protection contre les accidents dans les chaussures, les protections pour les coudes, les genoux et les tibias, divers types de casques, gilets de protection et similaires sont actuellement réalisés à partir de métaux ou de matériaux synthétiques divers. Il est également connu que certains desdits produits, tout en étant adaptés à des applications spécifiques, ne conviennent pas pour d'autres conditions particulières. Par exemple les chaussures de sécurité sont dotées de semelles anti-perforation et d'embouts anti-écrasement en métal; cette configuration, tout en garantissant une protection adéquate des pieds, présente un premier inconvénient en raison de la lourdeur et de la rigidité des chaussures, entraînant gêne et fatigue pour celui qui les porte pendant longtemps au travail; un deuxième inconvénient est dû au fait que lesdites chaussures ne sont pas isolantes électriquement et ne conviennent donc pas en présence de champs électriques et/ou magnétiques; un troisième inconvénient est dû au fait que la réalisation et le montage desdits éléments métalliques dans les chaussures, non seulement s'avèrent laborieux et coûteux, mais ne permettent pas d'éviter leur oxydation, rendant rapidement inefficaces les caractéristiques requises de sécurité des chaussures, qui deviennent d'autre part peu hygiéniques. D'autres exemples concernent les coques des casques de moto et/ou des casques de protection contre les accidents que portent les ouvriers sur les chantiers; les matériaux actuellement utilisés, tels que les matières plastiques et/ou fibres de carbone haute résistance, tout en étant adaptés et efficaces en raison de leur légèreté et pour diverses formes de protection à caractère 2876699 2 général, se révèlent dans certains cas fragiles s'ils sont soumis à des chocs plutôt secs, violents et localisés. D'autres éléments encore, comme les protections en général pour les coudes, les genoux et les tibias, sont plutôt encombrants et lourds, notamment lorsqu'il s'agit d'applications dans lesquelles les utilisateurs, et en particulier les sportifs, doivent se déplacer avec un maximum d'agilité. L'objet de la présente invention est d'éliminer, ou au moins, de minimiser les inconvénients susmentionnés. L'invention résoud lesdits problèmes en proposant un matériau multi-usage constitué d'un mélange à chaud d'une résine polyamide additionnée d'un élastomère, la quantité d'élastomère employée dans le mélange par rapport à la résine thermoplastique polyamide étant comprise entre 5 et 15 %. Suivant une caractéristque secondaire de l'invention, la résine thermoplastique de polyamide utilisée dans le mélange a une densité typiquement comprise entre 1,00 et 1,20 g/cm3. Le matériau obtenu à partir du mélange présente des caractéristiques élevées d'isolation électrique et des caractéristiques élevées d'élasticité et de résistance mécanique à la flexion, aux chocs et à la perforation. Les avantages qui découlent de l'invention résident essentiellement dans le fait que, pour les mêmes caractéristiques physiques et mécaniques que les produits actuellement connus, les produits obtenus avec le matériau objet de la présente invention se révèlent être plus faciles à adapter à des objectifs pré-établis, beaucoup plus légers, plus économiques et aisément mis en forme par estampage, injection ou emboutissage. Un autre avantage réside dans le fait que, outre les caractéristiques susmentionnées, le matériau selon l'invention est un bon isolant électrique et thermique. Dans les modes préférés de mise en oeuvre pratique de l'invention, le matériau se compose essentiellement d'une résine 2876699 3 thermoplastique polyamide, présentant une densité typiquement comprise entre 1,00 et 1,20 g/cm3, additionnée de 5 à 15 % d'un élastomère présentant en moyenne une densité typiquement comprise entre 1,00 et 1,20 g/cm3, un allongement à la rupture de 550 à 700 %, une dureté Shore A de 75 à 90, une résistance à la rupture de 40 à 50 MPa, une résistance à l'arrachement de 50 à 80 N/mm, une résistance à l'allongement qui est à 20 % de 2 à 3 MPa, à 100 % de 4 à 7 MPa et à 300 % de 7 à 1 1 MPa. Dans un exemple typique d'application, les semelles anti- perforation et les embouts anti-écrasement formés anatomiquement avec voûte plantaire destinés aux chaussures de protection ont été réalisés par estampage et/ou par injection à partir d'un mélange de résine thermoplastique de polyamide et d'un pourcentage de 5 à 15 % d'élastomère à une température comprise entre 230 et 280 C, conformément à l'invention. Les résultats des essais mécaniques réalisés sur les éléments ainsi obtenus ont largement dépassé les seuils requis par les critères normatifs prévus par les lois en vigueur en matière de sécurité. Plus précisément, et à titre d'exemple, il s'est avéré que la résistance à la perforation de la semelle des chaussures de protection de chantier équipées de semelles anti-perforation réalisées dans le matériau objet de la présente invention dépassait de 27 à 36 % (1 400 à 1 500 N) le seuil requis de 1 100 N (norme actuelle EN 344-1/92), pour un clou d'une superficie de 1 mm sur une épaisseur de 3 mm minimum et de 5 mm maximum, alors qu'après 1 000 000 de cycles de flexion, en maintenant le talon fixe et avec des flexions de plus de 5 cm, l'insert anti-perforation n'a présenté ni déformation permanente ni rupture (normes prEN ISO 20345/03, prEN ISO 20346/03 et prEN ISO 20347/03). D'autres éléments ont été soumis aux essais suivants: essais de résistance au choc (énergie d'impact 200 4 J), 2876699 4 essais de résistance à la compression (charge de compression 15 0,1 kN), essais de résistance au choc après un traitement de vieillissement chimique (énergie d'impact 200 4 J à des températures de + 60 2 C et-20 2 C), essais de résistance au choc après un traitement de vieillissement chimique (énergie d'impact 200 4 J) après immersion dans une solution d'acide sulfurique, après immersion dans de l'hydroxyde de sodium et après immersion dans du triméthylpentanol, à une température de 20 2 C pendant 24 heures). Tous les résultats ont parfaitement satisfait aux prescriptions de la norme actuellement en vigueur EN 12568/98. Les essais d'isolation électrique ont de même donné des résultats satisfaisants. Grâce à ces caractéristiques physiques et mécaniques, associées au fait qu'il est essentiellement léger, diélectrique, hygiénique, résistant aux hautes et aux basses températures, non toxique et inoxydable, le matériau selon l'invention peut trouver application pour améliorer la fabrication aussi bien des éléments des chaussures dites de protection que d'autres éléments destinés à la sécurité et aux mesures de protection contre les accidents, comme les casques de chantier, casques de moto, protections pour la tête, les coudes, les genoux et les tibias des sportifs, les gilets de protection, les protections pour le visage ou des membres suite à un traumatisme, et d'autres encore. Pour réaliser lesdits produits, le matériau selon l'invention peut être mis en oeuvre par estampage, injection, emboutissage, ou profilage. La présente invention a été décrite et illustrée selon des formes de mise en oeuvre choisies à titre d'exemples sans aucun caractère limitatif. On en comprend aisément qu'il sera évident aux experts du domaine technique d'utiliser d'autres résines thermoplastiques de polyamide additionnées d'élastomères similaires sans sortir ni du cadre de l'invention ni de son objet. REVENDICATIONS 1. Matériau multi-usage présentant des caractéristiques physiques et mécaniques élevées, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un mélange à chaud d'une résine thermoplastique de polyamide additionnée d'un élastomère dans un rapport de 5 à 15 %. 2. Matériau selon la revendication 1 caractérisé en ce que la résine thermoplastique de polyamide utilisée dans le mélange a une densité typiquement comprise entre 1,00 et 1,20 glcm3. 3. Matériau multi-usage selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'élastomère utilisé dans le mélange présente en moyenne: une densité typiquement comprise entre 1,00 et 1,20 glcm3, un allongement à la rupture de 550 à 700 %, une dureté Shore A de 75 à 90, une résistance à la rupture de 40 à 50 Mpa, une résistance à l'arrachement de 50 à 80 N/mm, une résistance à l'allongement qui est à 20 % de 2 à 3 MPa, à 100 % de 4 à 7 MPa, à 300 % de 7 à 11 MPa. 4. Matériau suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la quantité d'élastomère utilisée dans le mélange par rapport à la quantité de résine thermoplastique de polyamide est comprise entre 5 et 15 % de la quantité de résine. 5. Matériau selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le mélange de résine thermoplastique polyamide additionnée de 5 à 15 % d'élastomère s'obtient à une température comprise entre 230 et 280 C. 6. Matériau suivant l'une des précédentes revendications, caractérisé en ce qu'il présente une résistance à la perforation de l'ordre de 1 400 à 1 500 N. 7. Matériau selon une des précédentes revendications caractérisé en ce que, après 1 000 000 de cycles de flexion avec des flexions de plus de 5 cm, les éprouvettes ne présentent ni déformation permanente ni rupture. 2876699 6 8. Matériau selon l'une des précédentes revendications, caractérisé en ce qu'il est utilisé pour réaliser des objets présentant des caractéristiques mécaniques et physiques élevées, destinés à assurer une protection contre les chocs, les perforations, les variations thermiques, les tensions électriques. 9. Matériau selon l'une des précédentes revendications, caractérisé en ce qu'il peut être façonné par estampage, injection, emboutissage, ou profilage. 10. Matériau suivant l'une quelconque des revendications 10 précédentes présentant des caractéristiques physiques et mécaniques élevées.