Brevet FR2957840A1 — publié le 20110930

L'invention se rapporte au domaine de la fabrication de produits finis sur la base d'un noyau de forme quelconque que l'on souhaite protéger et finir par une couche de revêtement en matériau polymère en vue de renfort et/ou de protection et/ou de décoration, et ce par un procédé de thermoformage automatique. L'invention s'applique particulièrement à des produits de sports et loisirs, type flotteur pour sports nautiques, mais également à des éléments de décoration, à du mobilier ou à d'autres produits d'agencement, de type présentoirs sur lieux de vente ou autres. Classiquement, pour la finition de produits de forme quelconque, il existe de nombreux IO procédés de revêtement utilisant des matériaux polymères. Dans le domaine particulier des planches de surf, le procédé le plus ancien, traditionnel, est un procédé manuel : l'élément flotteur à la forme souhaitée définie par un noyau, fini par ponçage manuel, est revêtu d'une enveloppe en fibres de verre imprégnées de résine polyester ou «epoxy » qui forme une coque externe de renfort et donne au flotteur sa 15 forme finale. Une couche de résine pure paraffinée et un ponçage donne au flotteur son aspect final. Cette méthode traditionnelle est entièrement manuelle et artisanale. Les inconvénients d'une telle technique sont que les produits utilisés sont nocifs et affectent les conditions de travail, que le temps de mise en oeuvre est très long, qu'il nécessite une qualification particulière des opérateurs, et qu'au final la coque extérieure 20 est très fragile à l'impact. De plus les possibilités de décoration sont limitées. Des procédés industriels ont donc été développés pour construire la coque externe d'un flotteur, soit par roto moulage et injection de la mousse à l'intérieur de la coque ainsi formée, soit par empilage de différentes couches dans un moule et mise en forme sous presse en utilisant soit le chauffage, soit la mise sous vide, soit une combinaison de ces 25 techniques. Les inconvénients de ces techniques industrielles sont d'abord qu'elles nécessitent l'utilisation de moules et ne permettent pas de personnaliser la forme du flotteur, la forme de la coque externe dépendant exclusivement de la forme du moule. De plus, toutes les planches fabriquées en moule ont toujours un plan de joint qui se situe au centre du 30 champ de la planche : pour des raisons pratiques de démoulage, il est en effet impossible de positionner le plan de joint à un autre endroit. Ainsi, pour un flotteur, le plan de joint se situe toujours sur le contour de la planche et au milieu du champ qui est justement la zone la plus exposée aux chocs, et la jonction du revêtement à cet endroit rend les planches fragiles. De plus, le champ de la planche est 35 une zone de glisse importante. Positionner le joint à cet endroit vient perturber l'écoulement sur le flotteur dans l'eau. Enfin, le plan de joint au centre du champ de la planche n'est pas esthétique et est peu apprécié des pratiquants. Certains fabricants sont obligés de le masquer. En ce qui concerne les équipements, les procédés de thermoformage automatiques les 40 plus classiques utilisés pour reproduire des pièces plastiques identiques qui utilisent des moules (capot moteur, présentoir sur des lieux de vente, pièces d'électroménager, emballages alimentaires etc) peuvent être mis en oeuvre à l'aide de machines de thermoformage en vente sur le marché. Les presses à membrane aujourd'hui permettent 2957840 2. la mise en forme de placage et d'encollage de pièces de tout type, mais sans la possibilité de venir en contre dépouille. L'invention concerne un procédé automatisable et donc industriel pour revêtir un noyau préformé et former ainsi une coque externe de renfort par thermoformage, placage et 5 encollage de feuilles polymères, applicable sur n'importe quelle forme ou noyau, le thermoformage étant effectué directement sur la pièce sans utilisation de moule. Le procédé de revêtement mis en oeuvre permet aussi de venir envelopper la pièce en contre dépouille, évitant ainsi un plan de joint dans le champ car le plan de joint peut être placé comme souhaité à différents endroits, et en particulier sur la partie supérieure de la planche, ce qui évite toute perturbation de la glisse sur l'eau du flotteur. Enfin le procédé, s'il est industrialisé, permet un gain de temps en production tout en conservant la possibilité de faire des formes personnalisables. Comme ii sera décrit plus en détails ci-après, le procédé selon l'invention permet l'utilisation de matériaux plus résistants aux chocs et aux impacts. II permet également l'impression numérique assurant une qualité de rendu graphique pour la décoration. Les matériaux, et le procédé qui les met en oeuvre, sont également moins nocifs pour les opérateurs et l'environnement. Selon l'invention, le procédé de revêtement par thermoformage d'un matériau polymère sur un noyau (1) préformé ayant une première face de surface SI et une deuxième face de surface S2, et un champ sur le pourtour de ce noyau faisant le lien entre ces deux faces, est caractérisé en ce qu'il comporte : une phase d'encollage d'une première feuille (20) de matériau polymère suivant une surface inférieure à la surface S1 de cette première face, puis de placage sous vide de cette première feuille (20) sur la première face du noyau ; une phase d'encollage d'une deuxième feuille (30) de matériau polymère suivant une surface supérieure à la surface S2 de cette deuxième face, puis de placage sous vide sur la deuxième face du noyau et de formage sur le champ du noyau de cette deuxième feuille (30) pour recouvrir ainsi complètement le noyau (1) avec les deux feuilles de matériau polymère, l'ordre de ces deux phases d'encollage et de placage des deux faces étant quelconque, et une étape finale de découpe et ébavurage pour obtenir une ligne de joint en dehors du champ, sur la première face. 30 35 Selon l'invention, le procédé peut être réalisé soit manuellement, soit automatiquement. L'invention concerne également un machine automatique destinée à la mise oeuvre de ce procédé et tout produit fini obtenu par un tel procédé. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la 40 description détaillée qui suit en référence aux figures annexées. Les figures 1, 2 et 3 représentent respectivement en vue de dessus, en vue de côté et en section, un flotteur de surf réalisé conformément à la technique traditionnelle (Art antérieur). Les figures 4a, 4b, 4c, 4d, 4 e et 4f représentent en coupe un flotteur de surf aux différentes étapes du procédé selon l'invention. Les figures 5a, 5b, 5c, 5d, 5 e, et 5f représentent schématiquement les différentes phases du procédé mis en oeuvre via une machine automatique, pour les étapes de collage, de placage sur la deuxième face et le revêtement du champ du noyau préformé, selon l'invention, avec une feuille de matériau polymère non bridée. Les figures 6a, 6b, 6c, 6d, 6 e, et 6f représentent schématiquement les différentes phases du procédé mis en oeuvre via une machine automatique pour les étapes de collage et de placage sur la deuxième face et la couverture du champ selon IO l'invention, avec une feuille de matériau polymère bridée. Les figures 7a, 7b et 7c représentent schématiquement en coupe les produits finis résultant. Les figures 1 et 2 représentent la forme traditionnelle d'un flotteur pour les sports d'eau respectivement selon une vue de dessus (cette vue est communément 15 appelée « l'outline ») et une vue de côté (cette vue est communément appelée le « foil » et la « courbe de rocker »). De façon traditionnelle, comme le montre la figure 3 où le flotteur est représenté en section, le flotteur est réalisé à partir d'un pain de mousse, 1, formant un noyau préformé, recouvert d'une couche de fibres de verre enduite de résine 2. 20 Le pain de mousse est typiquement de la mousse de polyuréthane de densité 50 kg/m3 mais peut également être constitué de mousse de polystyrène expansée, extrudée. Le noyau peut également être de structure « sandwich », c'est-à-dire formé d'un assemblage de couches de natures différentes. L'invention décrite ci-après peut s'appliquer pour tout type de noyau. 25 Le procédé selon l'invention pour l'enveloppement d'un noyau préformé ayant deux faces et un champ latéral reliant ces deux faces, consiste à thermoformer et plaquer un matériau polymère en feuilles ou bobines directement sur le flotteur. L'opération est faite en plusieurs phases dont l'une traite l'une des faces du flotteur et une autre qui traite l'autre face. Un plan de joint des deux parties est ensuite effectué pour assurer la solidité et 30 l'étanchéité de l'ensemble selon une ligne choisie en dehors du champ latéral du noyau. Les feuilles ou bobines de polymères utilisées pour ce thermoformage et ce placage ont une épaisseur typiquement comprise entre 0,5 et 2 mm. Elles peuvent être transparentes, teintées ou opaques. Les matériaux polymères utilisables pour mettre en oeuvre ce procédé sont très divers: 35 PVC (Polychlorure de vinyle) / PE (Polyéthylène) / PERD (Polyéthylène haute densité) / PS choc (Polystyrène Choc) / ABS (Acrylonitrile Butadiène Styrène) / PET (Polyéthylène téréphtalate) / PETG (Polyéthylène téréphtalate Glycol) I PMMA choc (Polyméthacrylate de méthyle choc) / PC (Polycarbonate) I PA (Polyamides) / POM (Polyoxyrnéthylène) / PLA (Polyactide) et Bio polymères. Mais également toutes les combinaisons susceptibles d'être obtenues par extrusion (2 couches, 3 couches..), comme les combinaisons ABS/PU, les ABSIPC, PC/PMMA, peuvent également être utilisées, le choix étant déterminé par les caractéristiques mécaniques nécessaires à l'application envisagée, son prix, et ses qualités autres du type possibilité de coloration et/ou de décoration. Les polymères chargés en fibres peuvent également être utilisés en particulier lorsque la couche plaquée doit avoir des qualités de renfort. Les feuilles ou plaques pré- imprégnées de résine thermodurcissable ou de résine thermoplastique sont également compatibles avec le procédé selon l'invention. Ce procédé peut être mis en oeuvre de façon manuelle mais il peut également être mis en oeuvre de façon automatique au moyen d'une machine automatique réalisant les différentes étapes. Les figures 4a à 4f représentent les différentes étapes du procédé : Figure 4a : Etape préalable de mise en forme du noyau 1 en mousse polyuréthane. Figure 4b : Etape 1 où est effectué un collage sous vide de la plaque supérieure20 préalablement découpée à la forme exacte du contour choisi pour cette plaque sur le dessus de la planche, en retrait par rapport au champ dans l'exemple représenté. Figure 4c : Etape 2 de collage sous vide d'une plaque 30 découpée à la forme du contour du dessous avec un dépassement, ou off set, correspondant au rayon des champs pour pouvoir remonter sur le dessus de la planche et dépasser le contour de la plaque déposée sur la face supérieure. Figure 4d : Etape 3 pendant laquelle ce pourtour de la plaque inférieure 30 est formé sur le champ et sur le dessus de la planche jusqu'à rejoindre la plaque supérieure 20. Figure 4 e : Etape 4 où une découpe des plaques dans leur zone de recouvrement et un ébavurage est réalisé pour obtenir un joint en bord à bord 40. Figure 4f : Etape 5 où un profilé polymère est déposé et collé sur le plan de joint pour assurer l'étanchéité et la solidité de l'ensemble, le plan de joint 40 étant ainsi réalisé sur la face supérieure du noyau. Les étapes 2 et 3 peuvent être inversées : dans ce cas, c'est la plaque 20 qui vient s'appuyer sur la plaque 30. De même, la plaque la plus petite peut être placée sur la face inférieure du noyau. Manuellement, l'étape 3 est réalisée simplement par chauffage local de la plaque dépassante au moyen d'un appareil thermique puis, par une pression appliquée par marouflage à l'aide d'un outillage spécifique à ce pourtour, cette plaque est appliquée sur le champ et sur le dessus. Cette succession d'étapes peut être réalisée de manière automatique sans difficulté particulière sauf pour l'étape 3 de revêtement par la plaque 30, ou feuille, qui doit recouvrir les champs. La mise en oeuvre automatique de cette étape, au moyen d'une machine spécialement construite à cet effet peut être effectuée, dans un premier mode de réalisation, en utilisant une feuille thermoplastique non bridée, de la manière suivante : Figure 5a : le pain de mousse préformé, ou noyau, 1, est fixé sur un châssis spécifique, 50, adapté à la forme de ce noyau pour libérer le champ et le bord inférieur. Figure 5b : la feuille thermoplastique préalablement encollée, 30, d'épaisseur prédéterminée adaptée, est positionnée sur un cadre, 60, duquel elle peut être libérée facilement. Figure 5c : des panneaux de chauffe, 70, électriques de type infrarouge, céramique ou halogène, chauffent la feuille de part et d'autre jusqu'à la température de formage. Cette température de formage varie selon les types de matières et l'épaisseur des feuilles utilisées. Figure 5d : après que la température optimum de thermoformage ait été atteinte, la feuille se ramollit. Les panneaux de chauffe, 70, sont automatiquement mis en retrait et la feuille de polymère 30 et le noyau 1 sont mis en contact. La feuille chaude est alors déposée par drapage sur le pain de mousse et se libère de son cadre de maintien, 60. Figure 5 e : un cadre contenant une membrane élastique bridée, 80, vient englober l'ensemble noyau 1 et feuille polymère 30. Ce cadre vient assurer l'étanchéité du système. Une pompe à vide est alors employée pour évacuer l'air entre l'ensemble noyau let feuille polymère 30 d'une part et la membrane 80 d'autre part, permettant ainsi de plaquer et de maintenir la feuille contre le noyau. L'élasticité de la membrane permet de venir plaquer la feuille en contre dépouille et d'envelopper la totalité du champ de la planche. Figure 5f : l'ensemble est refroidi naturellement par exposition à l'air libre et/ou avec l'aide de ventilateurs. Lorsque que l'ensemble est suffisamment refroidi, il peut être retiré du plateau 50 sans déformation. Les pièces thermoformées peuvent alors être dirigées vers les ateliers de finition après que la feuille destinée à l'autre face ait été encollée et appliquée. La mise en oeuvre automatique de l'étape 3 peut également être effectuée dans un second mode de réalisation en utilisant une feuille thermoplastique bridée, de la manière suivante représentée schématiquement aux figures 6a à 6f : Figure 6a : le noyau est comme précédemment fixé sur châssis spécifique 50 à l'aide de ventouses mécaniques. Figure 6b : la feuille thermoplastique 30 préalablement encollée, d'épaisseur choisie en fonction du matériau et des qualités souhaitées pour la couche de revêtement, est positionnée puis bridée, c'est-à-dire maintenue fermement sur un cadre 60 qui assure l'étanchéité avec le châssis qui accueille le pain de mousse. Figure 6c : comme précédemment, des panneaux de chauffe 70, électriques de type infrarouge, céramique ou halogène chauffent la feuille de part et d'autre jusqu'à la température de formage. Cette température de formage, comme déjà indiqué, varie selon les matières et l'épaisseur des feuilles utilisées. Figure 6d : après que la température optimum de thermoformage ait été atteinte, la feuille se ramollit. Comme précédemment, les panneaux de chauffe sont automatiquement mis en retrait et la feuille de polymère et le noyau sont mis en contact. La feuille chaude 30 est alors déposée par drapage sur le noyau. Au même. moment, une baudruche gonflée, 90, vient en contact sur la feuille 30 et applique une pression sur l'ensemble noyau 1/ feuille chaude 30. Figure 6e : une pompe à vide est utilisée pour évacuer l'air restant entre le noyau 1, et la feuille 30, permettant ainsi d'étirer, de plaquer et de maintenir la feuille contre le noyau. L'étirement de la feuille permet à celle-ci de venir en contre dépouille et d'envelopper la 2957840 G totalité du champ de la planche. La baudruche est toujours maintenue en pression sur l'ensemble noyau / feuille de polymère. Figure 6f : l'ensemble est alors refroidi naturellement par exposition à l'air libre et/ou avec l'aide de ventilateurs. Lorsque l'ensemble est suffisamment refroidi, il peut être retiré du 5 plateau sans déformation. Les pièces thermoformées peuvent alors être dirigées vers les ateliers de finition après que la feuille destinée à l'autre face ait été encollée et appliquée. La méthode utilisée permet d'aller en contre dépouille et donc de placer le joint à l'endroit souhaité, soit par simple recouvrement comme représenté sur la figure 7a où les deux 10 surfaces viennent simplement en recouvrement sur la surface supérieure, ou sur la figure 7b où lés deux surfaces viennent en recouvrement sur la surface inférieure, soit comme représenté sur la figure 7c via un joint préformé en matériau polymère 40 qui vient finir l'étanchéité par collage en bord à bord entre les deux feuilles collées et plaquées. 15 Ce procédé est particulièrement bien adapté aux planches destinées aux sports de glisse sur l'eau (kitesurf, wakeboards, windsurf, sports board...) et plus particulièrement à la planche de surf aquatique. Mais ce procédé peut être aussi appliqué dans le domaine du mobilier et de la décoration, particulièrement lorsque l'on souhaite disposer un plan ou une ligne de joint entre plaques 20 ou feuilles de recouvrement d'un noyau ailleurs que sur des angles ou un champ, et/ou à des endroits déterminés pour ne pas induire de défauts dans le fonctionnement et/ou pour maintenir le joint invisible. 1.0 15 Revendications1- Procédé de revêtement par thermoformage d'un matériau polymère sur un noyau (1) de 5 préformé, ayant une première face de surface Si et une deuxième face de surface S2, et un champ sur le pourtour de ce noyau faisant le lien entre ces deux faces, caractérisé en ce qu'il comporte : une phase d'encollage d'une première feuille (20) de matériau polymère suivant une surface inférieure à la surface S1 de cette première face, puis de placage sous vide de cette première feuille (20) sur la première face du noyau ; une phase d'encollage d'une deuxième feuille (30) de matériau polymère suivant une surface supérieure à la surface S2 de cette deuxième face, puis de placage sous vide sur la deuxième face du noyau et de formage sur le champ du noyau de cette deuxième feuille (30), pour recouvrir ainsi complètement le noyau (1) avec les deux feuilles de matériau polymère, l'ordre de ces deux phases d'encollage et de placage des deux faces étant quelconque, et une étape finale de découpe et ébavurage pour obtenir une ligne de joint en dehors du champ, sur la première face. 2 - Procédé de revêtement selon la revendication 1 caractérisé en ce que, pour un noyau destiné à un flotteur pour sports de glisse sur l'eau, la face du noyau destinée à glisser sur l'eau, dite face inférieure, est la deuxième face, l'autre face, dite face supérieure, étant la première face, de sorte que le joint entre ces deux feuilles soit réalisé, dans l'étape finale du procédé, sur le dessus du flotteur. 3 - Procédé de revêtement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le procédé est mis en oeuvre manuellement, les feuilles polymères étant 30 découpées selon les surfaces à coller avant encollage. 4- Procédé de revêtement selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le procédé est mis en oeuvre par une machine automatique, les feuilles de matériau polymère étant encollées et plaquées, puis découpées selon la ligne de joint. ûMachine automatique pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comporte un support (50) destiné à recevoir le noyau sur sa première face en retrait par rapport au champ, un châssis (60) destiné à recevoir la deuxième feuille de matériau polymère (30) encollée et un 40 système de chauffage (70) associé, un système de déplacement pour amener le châssis destiné à maintenir la deuxième feuille dans l'espace de chauffe du système de chauffage puis l'éloigner et déposer cette deuxième feuille encollée et chaude sur la deuxième face du noyau par drapage sur le noyau (1) en la libérant de son cadre de maintien (60), la machine comportant en outre une membrane élastique bridée (80) 45 pour englober l'ensemble noyau (1) et feuille polymère (30) via un cadre qui assure l'étanchéité, et une pompe à vide pour évacuer l'air entre l'ensemble (1, 30) et la membrane (80) permettant ainsi, de plaquer et de maintenir la feuille (30) contre le noyau. 50 6- Machine automatique pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comporte un support (50) destiné à recevoir le noyau sur sa première face en retrait par rapport au champ, un châssis (60)destiné é maintenir fixement la deuxième feuille de matériau polymère (30) encollée, un système de chauffage (70) associé, un système de déplacement pour amener le châssis destiné à maintenir la deuxième feuille dans l'espace de chauffe du système de chauffage puis l'éloigner et déposer cette deuxième feuille encollée et chaude sur la deuxième face du noyau, la feuille chaude étant alors déposée par drapage sur le noyau (1) pendant la machine comportant en outre une baudruche gonflée (90) pour venir en contact avec la feuille (30) et appliquer une pression sur l'ensemble noyau (1) et feuille chaude (30), et une pompe à vide pour évacuer l'air restant entre le noyau (1) et la feuille (30), et ainsi étirer, plaquer et maintenir la feuille contre le noyau (1). 7m Produit fini obtenu par le procédé selon l'une des revendications 1 à 4.