CH712301A2

CH712301A2 - Article flexible en composite et son procédé de fabrication.

Info

Publication number: CH712301A2
Application number: CH00296/17A
Authority: CH
Inventors: Rognon Thierry
Original assignee: Valiance Sa
Priority date: 2016-03-16
Filing date: 2017-03-13
Publication date: 2017-09-29
Also published as: CH712301B1

Abstract

L’invention concerne un article flexible en composite (10), par exemple un bracelet de montre, avec un élément de base (60) en élastomère, un insert composite (55) comprenant une couche superficielle de revêtement (30) sur une matrice (20) en élastomère, soudée par vulcanisation sur l’élément de base (60) de façon à ce que la couche superficielle de revêtement (30) soit visible. L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un article flexible en composite.

Description

Description Domaine technique [0001] La présente invention concerne un article flexible en composite et un procédé de fabrication d’un tel article.

Etat de la technique [0002] On connaît des articles flexibles en composite formés par superposition de plusieurs couches de composants. Cependant, la plupart des composites sont formés par des processus qui ne permettent pas de solidariser les composants de façon à ce que l’article ne se délamine pas.

[0003] De plus, les processus d’assemblages existant ne permettent pas d’obtenir des assemblages esthétiquement satisfaisants et utilisables pour des articles comme des bracelets de montre.

Bref résumé de l’invention [0004] Un but de la présente invention est de proposer un article exempt ou qui minimise les limitations des articles connus.

[0005] Selon l’invention, ces buts sont atteints notamment au moyen d’un article flexible en composite avec: - un élément de base en élastomère; - un insert composite comprenant une couche superficielle de revêtement sur une matrice en élastomère, soudée par vulcanisation sur l’élément de base de façon à ce que la couche superficielle de revêtement soit visible.

[0006] L’invention concerne également de procédé de fabrication d’un article flexible en composite comprenant: i) vulcanisation partielle d’une feuille en un matériau élastomère; ii) superposition d’une couche de revêtement sur la feuille d’élastomère partiellement vulcanisée; iii) vulcanisation de l’assemblage jusqu’à obtention d’une feuille de composite comprenant une couche superficielle de revêtement sur une matrice en élastomère; iv) découpage de la feuille composite en inserts composites ayant une forme déterminée; v) surmoulage des inserts composites sur des éléments de base en élastomère; vi) vulcanisation complète de surmoulage jusqu’à obtention d’un article flexible en composite avec un élément de base en élastomère, et un insert composite comprenant une couche superficielle de revêtement sur une matrice en élastomère, sur l’élément de base de façon à ce que la couche superficielle de revêtement soit visible.

[0007] Dans un mode de réalisation du procédé: a) La vulcanisation est complète à l’étape iii) lorsque l’étape v) comprend le surmoulage des inserts composites sur des éléments de base en élastomère avec interposition d’une couche de liaison en un matériau élastomère partiellement vulcanisé pour obtenir un article flexible en composite (10) comprenant une couche de liaison entre l’insert composite (55) et l’élément de base (60) à l’étape vi); ou b) La vulcanisation est partielle à l’étape iii) en absence de couche de liaison intermédiaire.

[0008] Dans le cas a), l’insert est complètement vulcanisé, la liaison entre l’insert et l’élément de base est assurée par la couche de liaison. La couche de liaison est complètement vulcanisée lors de la vulcanisation du surmoulage de l’insert composite sur l’élément de base (étape vi). Selon un mode de réalisation, lorsque l’étape iii) est une vulcanisation complète de la feuille de composite, cette étape est effectuée à une température comprise entre 100 °C et 200 °C pour une durée entre 20 s et 300 s.

[0009] Dans le cas b), en l’absence de couche de liaison, il est important d’effectuer dans un premier temps une vulcanisation partielle de l’insert pour permettre, dans un deuxième temps, la liaison entre l’insert et l’élément de base par vulcanisation complète après surmoulage de l’insert dans l’élément de base (étape vi). Dans un mode de réalisation, l’étape de vulcanisation partielle (étape i) ou iii)) est effectuée à une température comprise entre 100 °C et 150 °C pour une durée entre 20 s et 120 s.

[0010] Cette solution selon la présente invention présente notamment l’avantage par rapport à l’art antérieur de fournir un article flexible qui résiste mieux à la délamination. L’article selon la présente invention est assemblé en utilisant éléments initialement partiellement vulcanisés, puis complètement vulcanisé au cours de l’assemblage de l’article pour permettre une meilleure liaison entre les éléments qui composent l’article.

[0011] L’ article flexible selon la présente invention comprend un ou plusieurs composants en élastomère, l’élément de base, la matrice, ou la couche de liaison. Le caoutchouc est un des élastomères les plus utilisés mais la présente invention ne se limite pas au caoutchouc comme élastomère. Les élastomères sont formés par des chaînes de monomères, par exemple le caoutchouc est un polymère constitué de chaînes de monomères de cis-1,4 polyisoprène. Les élastomères sont formés par vulcanisation ce qui leurs confèrent des propriétés mécaniques remarquables: par exemple, les articles en élastomères ont des propriétés élastiques et une très bonne résistance à la déformation.

[0012] La vulcanisation est un processus thermique qui permet de créer un réseau tridimensionnel au sein du polymère. Classiquement, on utilise des agents de vulcanisation pour créer des ponts entre les chaînes de monomères. Par exemple, pour les chaînes de monomères insaturés, comme le caoutchouc, on utilise des agents à base de souffre pour créer des ponts entre les chaînes de monomères, par exemple des ponts mono-di ou poly sulfures. Lors de la vulcanisation de chaînes de monomères saturés, on utilise classiquement des dérivés peroxydes pour créer les ponts entre les chaînes.

[0013] Dans la présente invention, la vulcanisation a un double rôle. D’une part, elle permet de conférer des propriétés mécaniques aux composants de l’article qui sont en élastomère. D’autre part, la vulcanisation permet aussi de souder les composants en élastomère avec les composants qui ne sont pas en élastomères, par exemple la couche superficielle sur l’élément de base. En particulier, l’article selon la présente invention comprend des composants en élastomères au moins partiellement vulcanisés soudées à des composants non élastomère lors de vulcanisations complémentaires pour former des composites. Ces vulcanisations complémentaires servent principalement à souder les composants du composite pour lui conférer des propriétés mécaniques telles que l’élasticité et la flexibilité. En même temps, le procédé de l’invention permet d’éviter tout dérapage ou déplacement des couches de revêtement lors du moulage.

[0014] L’article selon la présente invention est un composite qui comprend plusieurs composants en élastomères, par exemple en caoutchouc. Ces composants sont vulcanisés dans des conditions particulières ce qui permet d’obtenir un article flexible.

[0015] Selon un mode de réalisation, l’article comprend en outre une couche de liaison (couche intermédiaire de liaison) en élastomère entre l’élément de base et la couche composite. Cette couche de liaison assure la liaison entre l’élément de base et l’insert.

[0016] Dans un mode de réalisation, ledit insert composite est dans un logement de l’élément de base. Le logement est une cavité aménagé dans l’élément de base, les dimensions du logement sont définies pour accueillir au moins l’insert et la couche de liaison lorsque cette dernière est présente.

[0017] Selon un mode de réalisation, l’élément de base et la matrice d’élastomère sont réalisés du même matériau élastomère.

[0018] Les modes de réalisation décrit pour l’article selon la présente invention s’appliquent également au procédé selon la présente invention mutatis mutandis.

Exemple(s) de mode de réalisation de l’invention [0019] La fig. 1 illustre un mode de réalisation d’un article flexible 10 selon la présente invention. La fabrication de l’article commence par une étape de vulcanisation partielle de la matrice 20 ou feuille. La matrice 20 est dans ce mode de réalisation en caoutchouc partiellement vulcanisé. Ensuite, une étape de vulcanisation complémentaire permet former le composite 50 en soudant une couche superficielle 30 sur la matrice 20 (voir fig. 1, flèche S1).

[0020] Le terme 'partiellement vulcanisé’ indique, dans le contexte de la présente invention, un élément, par exemple une feuille, en élastomère dont les molécules ont été partiellement réticulés entre-elles, en sorte que l’élément peut être découpé et manipulé, mais qu’il est encore susceptible de se déformer et avoir un comportement de fluide lorsqu’il est soumis à de températures et pressions appropriés. La vulcanisation peut être complétée, en transformant les éléments partiellement vulcanisé en caoutchouc cuit, par l’application de chaleur et d’agents vulcanisants approprié.

[0021] La présente invention est applicable à n’importe quelle combinaison d’éiastomère vulcanisables et de couches de revêtement. Des résultats particulièrement satisfaisants ont été obtenus en employant des fluoroélastomères, par exemple les élastomères des type FKM, FFKM, FEKM, vulcanisables avec des peroxydes ou des bisphénols, ou des caoutchoucs de type NBR ou HNBR, ou des silicones, caoutchouc EPDM.

[0022] Pour ce qui est de la couche flexible superficielle 30, elle peut comporter une grande variété de matériaux, en fibre ou en film. La couche superficielle de revêtement peut comprendre un ou plusieurs parmi: fibres ou films synthétiques, notamment d’aramide, Kevlar®, Nomex®, Polyamides, Nylon®, polyéthylène, fibres de carbone, fibres de verre, fibres métalliques, fibres végétales tels que coton, lin, chanvre, fibres de bois, papier, fibres animales, notamment laine ou soie, fibres minérales, tissu, velours, ou satin, couche formée par fabrication additive, notamment impression 3D.

[0023] On peut réaliser par l’invention des revêtements superficiels en tissu noble, par exemple en soie, ou à partir de n’importe quelle fibre animale, végétale ou minérale. L’invention permet d’ajouter un revêtement superficiel en fibres de carbone tissés à un article flexible, ce qui lui confère non seulement des caractéristiques mécaniques supérieures, mais aussi un aspect particulièrement attrayant et adapté à des réalisations de haute technologie. On peut également utiliser des fibres spéciales telles que le Nomex® ou le Kevlar®.

Claims

[0024] Par ailleurs, l’invention n’est pas limitée à des revêtements en tissu. On peut très bien utiliser des revêtements en fibres non tissés, ou des revêtements ne comportant pas des fibres. La couche tissée ou non tissé, les fibres, ou le revêtement dans son ensemble peuvent aussi être teintes, métallisés, ou mises en couleur par des procédés PCD ou CVD, réalisant ainsi une palette infinie de combinaisons et textures. De manière importante, l’application du revêtement 30 ne préjuge pas la flexibilité et le confort au port de l’article de l’invention. [0025] Avantageusement, la couche superficielle 30 est constituée de fibres enrobées, par exemple des fibres de soie enrobées dans une résine pour solidariser les fibres, ce qui minimise la déstructuration de la couche superficielle lors de cette première vulcanisation. [0026] Suite à la première étape de réalisation de la feuille de composite 50, la feuille 50 est découpée en inserts 55 (flèche S2), ayant une forme déterminée en fonction de l’utilisation de l’article 10. Par exemple, l’insert 55 a une forme d’un brin de bracelet de montre comme illustré sur la fig. 3a. Selon la présente invention, le découpage peut être obtenu par laser, jet d’eau, ciseau ou par un couteau. Le découpage peut aussi inclure une étape d’usinage de la surface de l’insert. [0027] L’insert 55 est superposé sur une couche de liaison 40 sur un élément de base 60 comme illustré sur la fig. 1 (flèche S3). Dans ce mode de réalisation, la couche de liaison et l’élément de base sont en caoutchouc et ont été partiellement vulcanisés. Avantageusement, l’insert 55, la couche de liaison 40, et l’élément de base 60 ont des dimensions similaires voir quasi identiques et ils sont superposés lors de la vulcanisation pour permettre le soudage des éléments. Dans un autre mode de réalisation (non représenté), l’élément de base 60 peut comprendre un logement pour recevoir la couche de liaison 40 et l’insert 55. [0028] Une étape de surmoulage et vulcanisation (S4) permet de solidariser l’insert 55, la couche superficielle 40 et l’élément de base 60. Comme illustré sur les fig. 2a et 2b, cet étape de vulcanisation créée des liaisons entre les composants en élastomères, comme la couche superficielle 40, l’élément de base 60 et l’insert 55 en composite. Les fig. 2a et 2b, 3a et 3b indiquent des exemples non limitatifs de réalisation. Les soudures sont indiquées par les traits inclinés. Par exemple, l’étape de surmoulage (étape v)) peut être effectuée à une température comprise entre 80 °C et 180 °C pour une durée entre 1 minute et 60 minutes. [0029] En outre, le procédé peut comprendre un contrôle local de la température d’une région du moule de surmoulage adjacente à la couche superficielle de revêtement. [0030] Avantageusement, lors de la vulcanisation effectuée sous pression dans un moule de forme appropriée, la couche de liaison 40, encore partiellement fluide, peut remplir les interstices entre la base 60 et l’insert 55 remontant entre eux. Son volume sera choisi judicieusement pour permettre de sceller parfaitement la surface latérale de l’insert, enrobant toute fibre découpée et effilochée qui pourrait éventuellement s’y trouver, sans toutefois déborder sur la face supérieure. Le procédé de l’invention permet ainsi de réaliser des pièces composites en caoutchouc, parfaitement flexibles, avec des revêtements nobles et une soudure parfaite entre la base et l’insert, sans fissures ou effilochures. [0031] On peut également réaliser des mosaïques de revêtements différents, obtenant ainsi des motifs, des logos, ou des textures complexes. La couche superficielle de revêtement peut comprendre une combinaison de plusieurs couches formant un motif prédéfini. Alternativement, plusieurs inserts composites sont disposés sur l’élément de base formant un motif prédéfini. Cela est possible par exemple en juxtaposant plusieurs éléments de revêtement dans un même insert, ou encore en vulcanisant sur une même base plusieurs inserts ayants les formes et les revêtements voulus. [0032] Le procédé de l’invention permet également de réaliser des assemblages avec des revêtements sensibles à la chaleur qui ne supporteraient pas d’ordinaire une exposition prolongée aux températures nécessaires à la vulcanisation. A cette fin ou peut prévoir, dans le moule destinée au surmoulage final un contrôle local de la température de la paroi adjacent au revêtement, afin de modérer les conditions thermiques locales. [0033] Bien que les figures se réfèrent exclusivement, dans un souci de concision, à un bracelet de montre, la présente invention n’est pas limitée à cette réalisation mais englobe tous les domaines dans lesquels on peut utilement proposer des articles flexibles avec un revêtement de surface. On citera parmi d’autres: les accessoires et étuis pour téléphone ou pour d’autres appareils portables, la maroquinerie, la sellerie, la décoration d’intérieurs ou des véhicules. Puisque la technique de l’invention ne modifie pas les caractéristiques élastiques et de flexibilité du caoutchouc, et que tout risque de délamination est exclu, on peut imaginer de l’employer pour donner un aspect distinctif à des composantes techniques, par exemple des courroies de transmission, des pneus, des bandes anti dérapage ou de protection, et ainsi de suite. Revendications

1. Article flexible en composite (10) avec; un élément de base (60) en élastomère; un insert composite (55) comprenant une couche superficielle de revêtement (30) sur une matrice (20) en élastomère, soudée par vulcanisation sur l’élément de base (60) de façon à ce que la couche superficielle de revêtement (30) soit visible.
2. Article flexible en composite (10) selon la revendication précédente, dans lequel ledit insert composite est dans un logement (62) de l’élément de base (60)
3. Article flexible en composite (10) selon l’une des revendications précédentes, comprenant une couche intermédiaire de liaison (40) en élastomère entre l’élément de base (60) et la couche composite (50).
4. Article flexible en composite (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit élément de base (60) et la matrice d’élastomère sont réalisés du même matériau élastomère.
5. Article flexible en composite (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les dits élément de base (60) et/ou matrice (20) et/ou couche intermédiaire de liaison comprennent un ou plusieurs parmi: caoutchouc NBR, caoutchouc H NBR, caoutchouc FKM, Silicones, caoutchouc EPDM, caoutchouc FFKM, caoutchouc FEKM.
6. Article flexible en composite (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la couche superficielle de revêtement (30) comprend une couche tissée ou non tissée comprenant un ou plusieurs parmi: fibres ou films synthétiques, notamment d’aramide, Keviar®, Nomex®, Polyamides, Nylon®, polyéthylène, fibres de carbone, fibres de verre, fibres métalliques, fibres végétales tels que coton, lin, chanvre, fibres de bois, papier, fibres animales, notamment laine ou soie, fibres minérales, tissu, velours, ou satin, couche formée par fabrication additive, notamment impression 3D.
7. Article flexible en composite (10) selon la revendication précédente, dans lequel la couche tissée ou non tissé a une surface mise en couleur par un procédé de dépôt physique ou chimique en phase vapeur.
8. Article flexible en composite (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la couche superficielle de revêtement (30) comprend une combinaison de plusieurs couches formant un motif prédéfini.
9. Article flexible en composite (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel sur l’élément de base (60) sont disposés plusieurs inserts composites (55) formant un motif prédéfini.
10. Procédé de fabrication d’un article flexible en composite (10) comprenant: i) vulcanisation partielle d’une feuille en un matériau élastomère (20); ii) superposition d’une couche de revêtement (30) sur la feuille d’élastomère partiellement vulcanisée (20); iii) vulcanisation de l’assemblage jusqu’à obtention d’une feuille de composite (50) comprenant une couche superficielle de revêtement (30) sur une matrice (20) en élastomère; iv) découpage de la feuille composite (50) en inserts composites (55) ayant une forme déterminée; v) surmoulage des inserts composites (55) sur des éléments de base en élastomère (60); vi) vulcanisation complète de surmoulage jusqu’à obtention d’un article flexible en composite (10) avec un élément de base (60) en élastomère, et un insert composite (55) comprenant une couche superficielle de revêtement (30) sur une matrice (20) en élastomère, sur l’élément de base (60) de façon à ce que la couche superficielle de revêtement (30) soit visible.
11. Procédé selon la revendication précédente dans lequel: -La vulcanisation est complète à l’étape iii) lorsque l’étape v) comprend le surmoulage des inserts composites (55) sur des éléments de base en élastomère (60) avec interposition d’une couche de liaison (40) en un matériau élastomère partiellement vulcanisé, pour obtenir un article flexible en composite (10) comprenant une couche de liaison entre l’insert composite (55) et l’élément de base (60) à l’étape vi); ou - La vulcanisation est partielle à l’étape iii) en absence de couche de liaison intermédiaire.
12. Procédé de fabrication selon l’une des revendications 10 ou 11, dans lequel le découpage est obtenu par laser, jet d’eau, ciseau ou par un couteau.
13. Procédé de fabrication selon l’une des revendications de 10 à 12, dans lequel les dits élément de base (60) et/ou matrice (20) et/ou couche intermédiaire de liaison comprennent un ou plusieurs parmi: caoutchouc NBR, caoutchouc HNBR, caoutchouc FKM, Silicones, caoutchouc EPDM, caoutchouc FFKM, caoutchouc FEKM.
14. Procédé de fabrication selon l’une des revendications de 10 à 13, dans lequel la couche superficielle de revêtement (30) comprend une couche tissée ou non tissée comprenant un ou plusieurs parmi: fibres ou films synthétiques, notamment d’aramide, Keviar®, Nomex®, Polyamides, Nylon®, polyéthylène, fibres de carbone, fibres de verre; fibres métalliques; fibres végétales tels que coton, lin, chanvre, fibres de bois; papier; fibres animales, notamment laine ou soie; fibres minérales; tissu; velours; satin, couche formée par fabrication additive, notamment impression 3D.
15. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, comprenant une étape de mise en couleur par un procédé de dépôt physique ou chimique en phase vapeur d’au moins une surface la couche tissée ou non tissé ou des fibres.
16. Procédé de fabrication selon l’une des revendications de 10 à 15, dans lequel l’étape de vulcanisation partielle i) ou iii) est effectuée à une température comprise entre 100 °C et 150 °C pour une durée entre 20 s et 120 s.
17. Procédé de fabrication selon l’une des revendications de 10 à 16, dans lequel lorsque l’étape iii) est une vulcanisation complète de la feuille de composite, cette étape est effectuée à une température comprise entre 100 °C et 200 °C pour une durée entre 20 s et 300 s.
18. Procédé de fabrication selon l’une des revendications de 10 à 17, dans lequel l’étape de surmoulage v) est effectuée à une température comprise entre 80 °C et 180 °C pour une durée entre 1 minute et 60 minutes.
19. Procédé de fabrication selon l’une des revendications de 10 à 18, comprenant un contrôle local de la température d’une région du moule de surmoulage adjacente à la couche superficielle de revêtement.