Brevet FR3014732A1 — publié le 20150619

- 1 - PROCEDE DE FABRICATION D'OBJET SURFACIQUE OU VOLUMIQUE A PARTIR DE FAISCEAUX DE FIBRES ET DE RESINE Description Domaine technique de l'invention. L'invention a pour objet un procédé permettant de fabriquer un objet surfacique ou volumique à partir de cordons de fibres enrobées et amalgamées par de la résine. Elle concerne le domaine technique du façonnage d'objets en deux dimensions (2D) ou en 3 dimensions (3D). État de la technique. On connaît des mobiliers d'intérieur ou de jardin, réalisés en matériaux naturels de vannerie, tels que le saule, le rotin ou des matières naturelles similaires. De tels produits sont également fabriqués avec des cordons ou bandes en PVC souple ou polyéthylène teinté dans la masse. On connaît également, par le document brevet DE 10.2005.060.554 (MASSON WAWER), une technique de fabrication utilisant des brins de fibres enrobés de résine pour fabriquer des meubles, des ustensiles, des séparateurs d'espaces, des accessoires, des décorations murales, des pavillons et objets similaires de forme volumique ou surfacique, destinés à des espaces intérieurs ou extérieurs. Plusieurs brins de roving (fibres de verre) sont réunis en au moins deux 3014 732 - 2 - paquets de brins, enrobés dans des bains à immersion séparés contenant de la résine de coloris différents et de pigments décoratifs. Après l'enrobage et l'essuyage par un racloir, les brins sont réunis sous une faible pression en un seul faisceau qui se présente sous la forme d'un cordon de résine qui est armée par 5 des fibres de verre. La transformation de ces faisceaux en structure ornementale de forme surfacique ou volumique se fait de la façon suivante : le faisceau est enroulé sous tension sur un dispositif tendeur, en partant d'un point de fixation défini et en alternant sur des points de renvoi diamétralement opposés, jusqu'à ce que le dessin prévu et l'objet volumique doté de sa structure de maillage ou 10 ornementale soit terminé. Une fois le produit fini, le durcissement définitif de la résine se fait à l'air libre à l'aide d'un courant d'air chaud ou à l'aide du rayonnement de chaleur d'une source de lumière, infrarouge ou UV. Ce procédé de fabrication n'est pas totalement satisfaisant pour plusieurs 15 raisons. Tout d'abord, les fibres de verre ont un fort pouvoir irritant susceptible d'indisposer l'utilisateur, notamment lorsque l'objet fabriqué est destiné à être en contact avec ce dernier, comme une chaise ou un fauteuil de jardin par exemple. En outre, les faisceaux de fibres de verre qui sont simplement enrobées de résine ne suffisent généralement pas à conférer à une chaise ou un fauteuil une 20 résistance mécanique suffisante. En effet, il est nécessaire d'utiliser des bandages tendus de renfort et/ou des faisceaux de fibres de verre de différentes épaisseurs. L'invention vise à remédier à cet état des choses. En particulier, un objectif de l'invention est de proposer des objets plus résistants, c'est-à-dire ayant une 25 meilleure résistance intrinsèque. Un autre objectif de l'invention est de proposer un procédé de fabrication du type décrit dans le document brevet DE 10.2005.060.554 précité, mais permettant d'obtenir des objets plus stables. 30 Divulgation de l'invention. La solution proposée par l'invention est un procédé de fabrication d'objets surfaciques ou volumiques à partir de brins de fibres et de résine, ledit procédé comprenant des étapes consistant à : - former au moins deux brins de fibres, - enrober de résine ces brins de fibres en les passant chacun dans un bain à immersion séparé, ces bains contenant de la résine de coloris différents et de pigments décoratifs, - essuyer les brins enrobés de résine et les réunir en un seul faisceau de fibres, - enrouler ce faisceau de fibres sur un dispositif tendeur de manière à créer une forme surfacique ou volumique selon une structure prédéfinie correspondant à celle de l'objet à fabriquer. Ce procédé est remarquable en ce qu'il comprend au préalable, une étape consistant à sélectionner des fibres poreuses, et à réaliser simultanément un enrobage et une imprégnation de la fibre pour former, in fine, un faisceau de fibres armées, et plus précisément un faisceau de résine armée par des fibres qui sont elles mêmes armées de résine. Contrairement au cas des fibres de verre, la présence de pores dans les fibres permet une augmentation de la quantité de résine qu'elles contiennent. Après l'étape de durcissement, cette caractéristique permet d'obtenir des éléments ayant une plus grande rigidité et étant ainsi beaucoup plus résistants. Les fibres deviennent des fibres armées qui sont rigidifiées par la résine qui durcit dans les pores. D'autres caractéristiques avantageuses de l'invention sont listées ci- dessous. Chacune de ces caractéristiques peut être considérée seule ou en combinaison avec les caractéristiques remarquables définies ci-dessus, lesquelles 3014 732 4 caractéristiques remarquables ne sont pas indispensables en tant que telles à la résolution des problèmes techniques que les caractéristiques ci-dessous se proposent de résoudre : - une version du procédé consiste à choisir des fibres ayant une porosité 5 supérieure à 20%, - une version du procédé consiste à choisir des fibres poreuses ayant une densité inférieure à 2 g/cm3 et ayant une masse linéique comprise entre 400 g/km et 2400 g/km, - une autre version du procédé consiste à choisir des fibres ayant une masse 10 linéique comprise entre 400 g/km et 600 g/km, - une version du procédé peut consister à choisir des fibres ayant une masse linéique comprise entre 600 g/km et 2400 g/km, - encore une autre version du procédé peut être telle que les fibres sont des fibres d'origine végétale choisies dans la famille suivante : fibres de lin, 15 fibres de chanvre, fibres de coton, fibres de jonc de mer, fibres de coco, fibres de palmier, fibres de rotin, fibres de bananier, - encore une autre version du procédé peut être telle que les fibres sont des fibres d'origine inorganique choisies dans la famille suivante : fibres de cristal, fibres de silice, fibres de basalte, fibres de carbone, 20 - encore une autre version du procédé peut être telle que les fibres sont des fibres d'origine animale choisies dans la famille suivante : fibres de laine, fibres de soie, - une autre version du procédé consiste à maintenir le bain de résine à une température supérieure à 35°C durant la phase d'immersion, 25 - une autre version du procédé consiste à laisser les brins de fibres dans les bains de résines entre 1 seconde et 20 secondes durant la phase d'immersion, - Encore une autre version du procédé possède une étape d'essuyage qui consiste à faire passer les brins au travers d'un racloir de manière à forcer 30 la pénétration de la résine jusqu'au coeur des fibres. L'invention concerne aussi les produits ou objets qui sont constitués de faisceaux de fibres noyées dans de la résine, lesquelles fibres comportent des pores garnis de résine qui lui confèrent un caractère de fibre armée et, de ce fait, une grande résistance intrinsèque. Description des figures. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description d'un mode de réalisation préféré qui va suivre, en référence aux dessins annexés, réalisés à titre d'exemples indicatifs et non limitatifs et sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique du procédé de fabrication objet de l'invention, - la figure 2 est une représentation d'un dispositif tendeur selon l'invention. Modes préférés de réalisation de l'invention. Le procédé selon l'invention est destiné à la fabrication d'objets surfaciques ou volumiques, et plus particulièrement des objets composés de fibres naturelles. Il permet de créer des éléments plus résistants tout en utilisant des matériaux à faible impact écologique et d'utilisation plus agréable pour l'usager. Dans un premier temps, on utilise plusieurs brins (1a, 1 b) de fibres afin de fabriquer un faisceau (2). Sur la figure 1, deux brins (1a, 1 b) sont utilisés, mais un procédé identique peut être utilisé pour réunir un plus grand nombre de brins. Les faisceaux (2) formés sont ultérieurement enroulés autour d'un dispositif tendeur (3). Les fibres sont choisies parmi une multitude de fibres naturelles comme par exemple des fibres d'origine végétale, des fibres d'origine inorganique ou des fibres d'origine animale. Les fibres d'origine végétale peuvent, par exemple, être - 6 - des fibres de lin, de chanvre, de coton, de jonc mer, de coco, de palmier, de rotin ou encore de bananier. Les fibres d'origine inorganique peuvent, par exemple, être choisies parmi les fibres de cristal, de silice, de basalte ou encore de carbone. Enfin, les fibres d'origine animale peuvent par exemple être des fibres de laine ou de soie. Les fibres choisies peuvent être de taille variable permettant ainsi de s'adapter au type d'élément que l'on veut créer. Elles ont une longueur pouvant varier entre 1 m et 5 kms. Une fois le choix du type de fibres à utiliser effectué, il convient de choisir les valeurs désirées concernant leur densité ainsi que leur masse linéique. La densité des fibres étant directement corrélée à leur porosité, il s'agit de choisir des fibres ayant préférentiellement une densité inférieure à 2 g/cm3 ainsi qu'une masse linéique comprise entre 400 g/km et 2400 g/km. Une étape préférentielle du procédé consiste à sélectionner des fibres d'une porosité donnée. La demanderesse a pu constater de manière surprenante que de meilleurs résultats étaient obtenus en choisissant une porosité supérieure à 20%. Les fibres possèdent alors une plus grande quantité de pores qui permettent une meilleure absorption de la résine. De nombreuses méthodes permettent de mesurer la porosité. Il existe des méthodes de détermination directes telles que: - la tomographie, - la radiographie, - ou la micrographie sur coupe de pièces, mais aussi des méthodes indirectes, comme par exemple : - la mesure de densité, - ou la pesée. Parmi ces méthodes indirectes, la technique conventionnelle dite d'immersion a été préférée, elle est aisément applicable et elle est connue de l'Homme du métier. Elle comporte différentes étapes consistant à : - peser la fibre à l'aide d'une microbalance pour déterminer son poids de départ (PI), - faire effectuer à la fibre un séjour prolongé en immersion totale dans l'eau, - retirer la fibre de l'eau, - peser de nouveau la fibre afin de déterminer son poids final (Pf), La différence entre le poids final (Pf) et le poids initial (PI) permet de déterminer le poids en eau se trouvant à l'intérieur des pores. Le volume des pores est déterminé sachant que 1 g d'eau est équivalent à un volume de 1 cm3. La valeur de la porosité (p) découle ensuite de la formule (1) ci-dessous : p = (Vpores/Vtotal) X 100 (1) où Vpores est le volume total de tous les pores et Vtotal est le volume de la fibre. Lorsque des fibres possédant la porosité désirée ont été choisies, il convient de les immerger dans des bains de résine (4a, 4b). Les brins (1a, 1 b) de ces fibres peuvent être imprégnés et enrobés de résine en utilisant un seul bain (4a, 4b) si une seule couleur est désirée. Suivant les décors souhaités, ils peuvent cependant être imprégnés de résine de couleurs différentes. Sur la figure 1, deux brins (1a, 1 b) sont représentés. Un brin (1a) peut aller par exemple dans un bain de résine (4a) de couleur marron pendant que le deuxième brin (1b) est baigné dans un bain de résine (4b) blanche. Dans ce cas là, l'association des couleurs marron et blanc permet de fabriquer des décors ayant l'aspect du bois. Cette caractéristique est particulièrement intéressante concernant la fabrication de meubles ou de décorations de jardin. Sur la figure 1, avant la phase d'immersion, les brins (1a, 1 b) sont enroulés pour éviter leur enchevêtrement. Ils peuvent être enroulés simplement, en utilisant un rouleau (7a, 7b) ou tout autre système de fourniture. Ce système peut être équipé d'un dispositif permettant de régler la vitesse d'amenée des brins (1a, 1b) et donc la durée qu'ils passeront au poste d'immersion (10a, 10b). Les bains d'immersion (4a, 4b) peuvent être de simples bacs en aluminium, en plastique ou autre matériau rigide. Ils peuvent cependant être sous la forme de dispositifs (10a, 10b) plus complexes comportant des moyens tels que des poulies (8a, 8b) ou des treuils permettant de faire avancer le brin (1a, lb) à une vitesse donnée. Ce dispositif (10a, 10b) permet d'obtenir des brins (1a, lb) imprégnés et enrobés de résine de manière uniforme et constante. L'étape d'immersion des fibres par la résine ne nécessite pas de durée spécifique mais a préférentiellement une durée inférieure à 5 minutes et comprise entre 1 et 20 secondes. Les bains de résine (4a, 4b) peuvent aussi être équipés de régulateurs de température permettant de conserver la température constante. Cette fonctionnalité permet de garder la viscosité de la résine constante et donc de permettre une imprégnation et un enrobage plus uniformes. Ils peuvent, par exemple, être maintenus à une température supérieure à 35°C. Cela permet de diminuer la viscosité des résines et ainsi de favoriser leurs absorptions par les fibres (1a, 1 b) lors de leur passage au poste d'immersion. Deux phénomènes distincts se produisent lors du passage au poste d'immersion : l'imprégnation et l'enrobage. Alors que la phase d'imprégnation consiste à remplir de résine les pores présents dans les fibres, la phase d'enrobage est similaire à l'état de la technique en ce qu'elle consiste seulement à obtenir une couche de résine plus ou moins fine sur la partie extérieure de la fibre. L'étape suivante consiste en un essuyage de chaque brin (1a, 1 b) après son passage dans le bain de résine (4a, 4b). Elle consiste à enlever le surplus de résine présent sur les brins (1a, 1 b) à leur sortie du bain (4a, 4b). Le moyen (5a, 5b) utilisé lors de cette étape peut se présenter sous des formes variées. Il peut s'agir d'un racloir venant enserrer le brin (1a, 1 b) et ainsi enlever le surplus de - 9 - résine ou de toute autre technique différente, comme un moyen d'essuyage du type cylindre dans lequel se trouve un matériau souple permettant d'essuyer l'excès de résine lorsque le brin (1a, 1 b) est passé dans la partie creuse dudit cylindre, ladite partie creuse ayant un diamètre similaire à celui du brin. De la même manière, le racloir peut aussi être constitué d'une plaque comportant un trou conique dans lequel vient s'insérer le brin à essuyer. En plus d'éviter l'excès de résine et ainsi de servir de mesure de calibrage pour l'enrobage des brins (1a, 1 b), l'étape d'essuyage permet aussi d'optimiser les quantités de résine utilisées en redéposant l'excédent dans le bain pour qu'elle puisse être réutilisée. La résine peut directement retomber dans le poste d'immersion (10a, 10b), ou on peut avoir un bac différent correspondant au poste de récupération (11a, 11b). Dans ce cas, un filtre permettant de retirer les impuretés de la résine peut exister entre le poste de récupération (11a, 11b) et le poste d'immersion (10a, 10b). En outre, le passage par le poste d'essuyage (5a, 5b) permet d'améliorer l'efficacité de la phase d'imprégnation en forçant la pénétration de la résine jusqu'au coeur des fibres. L'étape suivante consiste à réunir les brins (1a, 1 b) en un seul faisceau (2). Une fois qu'ils sont sortis des bains de résine (4a, 4b) et essuyés, comme expliqué précédemment, ceux-ci sont regroupés en faisceaux (2) grâce à une faible pression opérée par un poste de groupage (9). Ce poste de groupage (9) peut être un opérateur exerçant manuellement la pression mais également un dispositif (9) automatique permettant d'exercer une pression constante à la sortie des bains de résine (4a, 4b). Ce dispositif (9) peut par exemple, être sous la forme de deux plaques (51, 52) parallèles exerçant des mouvements verticaux opposés consistant à les rapprocher l'une de l'autre. De la même manière que pour le cylindre décrit précédemment, la distance (53) entre les deux plaques (51, 52) doit être similaire ou inférieure au diamètre du brin (1a, 1 b) de manière à ce qu'une -10- pression puisse être exercée. Lors de cette étape, la présence de résine va permettre aux brins (1a, 1 b) de rester collés les uns aux autres et ainsi donner l'effet décoratif souhaité. Dans l'exemple précédent, le mélange des deux couleurs blanc et marron, en un même faisceau (2), permet d'accentuer la ressemblance de l'élément volumique ou surfacique avec un élément en bois. L'étape qui suit est la formation de l'élément surfacique ou volumique désiré grâce à un dispositif tendeur (3) tel que celui décrit dans la figure 2. Lors de cette étape, le faisceau (2) de fibres créé dans les étapes précédentes est enroulé autour de ce dispositif (3). Sa forme peut varier selon l'élément à former. Il peut être en deux dimensions (2D), comme par exemple un cercle, un carré ou un losange, ou en trois dimensions (3D), comme par exemple une sphère, un cylindre ou un cube. Le dispositif (3) possède des points de renvoi (6) qui permettent d'enrouler les faisceaux (2) de fibres et peuvent se trouver sous la forme de fiches amovibles ou fixes. Le faisceau (2) de fibres est d'abord enroulé sur un des points de renvoi (6) du dispositif (3). Il est ensuite renvoyé sur un autre point (6) tout en appliquant une tension de traction régulière et constante. Cette étape est répétée successivement sur plusieurs points de renvoi (6) opposés. L'ordre de succession des points de renvoi (6) dépend du décor choisi ainsi que de l'effet désiré. Pour former une sphère, deux dispositifs tendeurs (3) tel que celui représenté sur la figure 2 sont utilisés. Le premier dispositif (3) est d'abord utilisé en enroulant le faisceau (2) sur un de ses points de renvoi (6) puis le deuxième point de renvoi (6) est choisi sur le deuxième dispositif tendeur (3). L'étape d'enroulement et de renvoi du faisceau (2) sur une succession de points de renvoi (6) est répétée jusqu'à l'obtention du motif désiré sur la sphère. Ces dispositifs (3) peuvent être de tailles variables. Par exemple, dans le cas du dispositif (3) représenté dans la figure 2, le diamètre de la sphère peut varier de 20 cm à 3 m.30 Suivant le type d'élément formé et l'effet souhaité, le procédé peut comporter une étape supplémentaire consistant à former un bourrelet périphérique permettant d'améliorer la finition de l'élément après l'enroulement du faisceau (2) autour du dispositif tendeur (3). Ce bourrelet périphérique plein et fermé, est placé au niveau des bords ou arêtes des éléments surfaciques et géométriques, en amenant le faisceau (2) de fibres plusieurs fois de manière hélicoïdale autour de points de retour (6) successifs alignés sur une même ligne. En dernier lieu et de préférence immédiatement après que la structure ait été terminée, une étape de durcissement de la résine est effectuée. Celle-ci peut être faite à l'air libre, à l'aide d'un courant d'air chaud ou sous un rayonnement de chaleur provenant d'une source de lumière, d'infrarouges ou d'ultraviolets. Après cette étape la résine durcie permet d'obtenir des éléments très résistants et prêts à l'usage. L'agencement des différents éléments et/ou moyens et/ou étapes de l'invention, dans les modes de réalisation décrits ci-dessus, ne doit pas être compris comme exigeant un tel agencement dans toutes les implémentations. En tout état de cause, on comprendra que diverses modifications peuvent être apportées à ces éléments et/ou moyens et/ou étapes, sans s'écarter de l'esprit et de la portée de l'invention. En particulier : - la longueur des fibres utilisées, - la durée du passage au poste d'immersion (10), - le nombre de brins (1a, 1 b) compris dans un faisceau (2), - la couleur des bains de résine (4a, 4b), - la forme des dispositifs tendeurs (3), - le type de dispositif utilisé dans le poste d'essayage (5a, 5b), - la présence ou non d'un poste de récupération (11a, 11b). REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'objet surfacique ou volumique à partir de faisceaux de fibres et de résine, ledit procédé comprenant des étapes consistant à: - former au moins deux brins de fibres, - enrober de résine ces brins de fibres en les passant chacun dans un bain à 10 immersion séparé, ces bains contenant de la résine de coloris différents et des pigments décoratifs, - essuyer les brins enrobés de résine et les réunir en un seul faisceau de fibres, - enrouler ce faisceau de fibres sur un dispositif tendeur de manière à créer 15 une forme surfacique ou volumique selon une structure prédéfinie correspondante à celle de l'objet à fabriquer, se caractérisant par le fait qu'il consiste, au préalable, à sélectionner des fibres poreuses, et en ce qu'il consiste à réaliser simultanément un enrobage et une imprégnation de la fibre pour former, in fine, un faisceau de fibres armées, et plus 20 précisément un faisceau de résine armée par des fibres qui sont elles mêmes armées de résine. 2. Procédé selon la revendication 1, consistant à choisir des fibres dont la porosité est supérieure à 20%. 25 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, consistant à choisir des fibres ayant une densité inférieure à 2 g/cm3 et ayant une masse linéique comprise entre 400 g/km et 2400 g/km. 30 4. Procédé selon la revendication 3, consistant à choisir des fibres ayant une masse linéique comprise entre 400 g/km et 600 g/km. 3014 732 -13- 5. Procédé selon la revendication 3, consistant à choisir des fibres ayant une masse linéique comprise entre 600 g/km et 2400 g/km. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel les fibres sont des fibres d'origine végétale choisies dans la famille suivante : fibres de lin, fibres de chanvre, fibres de coton, fibres de jonc mer, fibres de coco, fibres de palmier, fibres de rotin, fibres de banane. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel les fibres sont des fibres d'origine inorganique choisies dans la famille suivante : fibres de cristal, fibres de silice, fibres de basalte, fibres de carbone. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel les fibres sont des fibres d'origine animale choisies dans la famille suivante : fibres de laine, fibres de soie. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel durant la phase d'imprégnation, les bains de résine sont maintenus à une température supérieure à 35°C. 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel durant la phase d'imprégnation, les brins de fibres sont laissés dans les bains de résines entre 1 seconde et 20 secondes. 11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'étape d'essuyage consiste à faire passer les brins au travers d'un racloir de manière à forcer la pénétration de la résine jusqu'au coeur des fibres. 12. Produit ou objet d'ameublement et/ou de décoration comprenant au moins une surface constituée d'un réseau de faisceaux de fibres résinées,-14- caractérisé en ce qu'il comporte des fibres dont la porosité est d'au moins 20%, lesquelles fibres sont armées par la résine qui garnit les pores.5