FR2879994A1 - Planche de glisse a structure laminee composite perfectionnee et son procede de fabrication - Google Patents

Abstract

L'invention propose une planche de glisse à structure laminée composite comportant au moins une couche légère (24, 48) comprenant au moins un matériau alvéolaire ou un matériau ligneux ayant une surface d'interface, et du type comportant au moins une couche de renfort (26, 28), dont une surface d'interface adhère à la surface d'interface de la couche légère (24, 48), la couche de renfort (26, 28) comprenant des fibres de renfort enrobées dans de la résine de matière plastique, caractérisée en ce que la surface d'interface de la couche légère (24, 48) comporte des gravures (30).

Description

PLANCHE DE GLISSE A STRUCTURE LAMINEE COMPOSITE PERFECTIONNEE ET SON

PROCEDE

DE FABRICATION

L'invention se rapporte au domaine des planches de glisse comportant des structures laminées composites, c'est-à-dire des structures comportant au moins deux couches de matériaux superposées, l'un des matériaux étant un matériau composite comprenant des fibres de renfort enrobées dans de la résine de matière plastique. Ces couches de matériau présentent généralement une dimension (épaisseur) très inférieure à leurs autres dimensions.

Ainsi, l'invention pourra trouver à s'appliquer à un flotteur de glisse sur eau tel qu'un flotteur de surf, de kitesurf ou une planche à voile. De façon traditionnelle, un flotteur de surf est réalisé à partir d'un pain de mousse, notamment de mousse de polyuréthane, qui est formé dans un moule. Le pain de mousse est usiné par rabotage et ponçage sur une faible épaisseur pour personnaliser localement sa forme et former le noyau du flotteur. Ce noyau est ensuite revêtu d'une couche d'un matériau composite comprenant des fibres imprégnées de résine, cette couche formant une coque externe de renfort et donnant au flotteur sa forme finale. Diverses couches, telles qu'une décoration, un glaçage et/ou une feuille de protection thermoformée peuvent être prévues autour de la couche de matériau composite pour donner au flotteur son aspect final. Pris dans son ensemble, le flotteur forme une structure laminée de type sandwich, avec successivement la couche supérieure composite (comportant des fibres 2 0 imprégnées de résine) formant le pont, la couche légère de mousse du noyau, et la couche inférieure composite formant la carène.

Selon une autre technique de construction d'un flotteur de glisse, on part d'un pain de mousse de densité relativement faible (par exemple 18 kg/m3) que l'on usine de façon à le mettre en forme, ou que l'on moule directement à la forme du noyau du flotteur. On recouvre 2 5 ce noyau d'une enveloppe externe, laquelle est en elle-même une structure laminée composite de type sandwich comprenant une peau composite externe, une feuille de matériau léger, et une peau composite interne. Enfin, il est connu de réaliser des flotteurs creux ayant une enveloppe externe formée d'une structure laminée sandwich. On peut par exemple réaliser deux demicoques qui sont ensuite assemblées entre elles, ou bien encore réaliser l'ensemble 3 0 dans un moule fermé avec une vessie interne que l'on gonfle pour pousser et appliquer les différentes couches du sandwich contre les parois du moule.

L'invention trouvera aussi à s'appliquer dans les domaines du ski ou du surf des neiges (snowboard). Un ski ou un surf de neiges présente généralement un noyau qui est réalisé en mousse et/ou en bois, et qui est muni, sur ses faces supérieure et inférieure, d'une couche de renfort en matériau composite associant résine et fibres. Cette structure laminée de type sandwich est complétée d'autres couches telles que, en dessous, une semelle de glisse, et, au-dessus, des couches de décor et de protection. Elle peut aussi être complétée d'autres couches de renforts, comme par exemple des couches de renfort métalliques.

L'invention peut aussi s'appliquer au domaine des planches de glisses à roulettes, aussi appelées skateboards.

Dans tous ces domaines d'applications, les structures laminées composites, notamment les structures sandwichs, sont appréciées pour le très bon rapport qu'elles affichent entre leur 5 poids et leur résistance mécanique, notamment en fléchissement.

Dans une structure laminée sandwich, la flexion de la structure se traduit une sollicitation des couches externes (généralement minces) essentiellement en traction ou en compression, la couche interne (qui présente généralement un épaisseur bien supérieure à celle des couches externes) étant essentiellement sollicitée en compression dans le sens de son épaisseur, et en cisaillement dans son plan général.

De la sorte, pour la couche interne, on utilise généralement des matériaux légers, le plus souvent des matériaux alvéolaires ayant une masse volumique apparente inférieure à 400 kg/m3 et/ou des matériaux ligneux tels que le bois ou autre matériaux à base de bois. Ces matériaux sont généralement sensiblement rigides en compression dans le sens de leur épaisseur, tout au moins dans le domaine des efforts pour lesquels la structure est prévue.

Pour les couches externes, les matériaux composites composés de fibres noyées dans une résine plastique (que la résine soit thermoplastique ou thermodurcissable) sont appréciés pour leurs caractéristiques mécaniques et pour leur relative facilité de mise en oeuvre.

Malgré leurs très bonnes performances mécaniques intrinsèques, l'homme du métier cherche toujours à améliorer ces structures laminées composites notamment en cherchant à optimiser le ratio entre la performance mécanique, le poids et le coût.

Dans ce but, l'invention propose une planche de glisse à structure laminée composite, du type comportant au moins une couche légère comprenant au moins un matériau alvéolaire ou un matériau ligneux et ayant une surface d'interface, et du type comportant au moins une couche de renfort, dont une surface d'interface adhère à la surface d'interface de la couche légère, la couche de renfort comprenant des fibres de renfort enrobées dans de la résine de matière plastique, caractérisée en ce que la surface d'interface de la couche légère comporte des gravures.

L'invention propose aussi un procédé de fabrication d'une telle planche de glisse.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, ainsi qu'à la vue des dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue de dessus d'une planche de glisse, en l'occurrence un flotteur de surf la figure 2 est une vue schématique en coupe transversale d'un exemple de réalisation de la planche illustrée à la figure 1, dans lequel le pont et la carène du flotteur sont en formes de deux demi-coques réalisées chacune sous la forme d'une structure laminée composite; la figure 3 est une vue agrandie illustrant un détail de la figure 2 illustrant la structure laminée composite munies de gravures selon l'invention; - la figure 4 est une vue partielle, de dessus, de la planche de glisse de la figure 1, illustrant une forme de réalisation d'un réseau de gravures; les figures 5 et 6 sont des vues schématiques en coupe transversale de la surface d'interface de la couche légère, illustrée seule, montrant respectivement deux exemples de forme en section d'une gravure; la figure 7 illustre de manière schématique un mode de construction de la planche selon l'invention; la figure 8 est une vue schématique illustrant l'application de l'invention à un ski.

Sur les figures 1 et 2, on a illustré la forme générale externe d'un flotteur de glisse sur l'eau 10, par exemple un flotteur de surf comportant, à l'intérieur d'une enveloppe externe 12 du flotteur, une structure interne 14.

De manière connue, l'enveloppe externe 12 forme, dans sa partie supérieure, le pont 12a du flotteur sur lequel l'utilisateur est destiné à prendre appui, et dans, sa partie inférieure, la carène 12b qui est en appui sur l'eau. Le bord latéral périphérique de l'enveloppe externe définit les rails 15 du flotteur. Bien entendu, l'enveloppe externe 12 définit, de manière étanche, un espace interne creux 17 du flotteur 10 dans lequel est agencée la structure interne 14, laquelle se présente en l'occurrence sous la forme d'entretoises 18, en l'occurrence trois entretoises 18, dont une centrale 18a et deux latérales 18b.

Les entretoises 18 sont prévues pour s'étendre sur toute la hauteur de l'espace interne 17 du 2 0 flotteur 10 de manière à relier verticalement le pont 12a à la carène 12b. Dans les exemples illustrés, les entretoises sont réalisées sous la forme de cloisons longitudinales de soutènement qui s'étendent parallèlement l'une à l'autre sur presque toute la longueur de l'espace interne du flotteur, sensiblement selon la direction longitudinale de ce dernier. Les cloisons ont une largeur de quelques centimètres, par exemple d'environ 1 à 4 centimètres. Cependant, bien d'autres configurations sont possibles. La structure interne 14 est de préférence prévue pour permettre une variation significative de la distance verticale séparant le pont de la carène sous l'effet des efforts et des contraintes imposées d'une part par l'utilisateur sur le pont, et d'autre part par l'eau sur la carène. En effet, il est apparu que le comportement du flotteur se trouvait amélioré par un tel découplage entre le pont et la carène.

Plusieurs procédés sont envisageables pour assurer la production d'une planche de glisse selon l'invention.

L'enveloppe externe 12 peut, comme cela est illustré à la figure 7, être réalisée sous la forme de deux demi-coques 12a, 12b, formant respectivement le pont et la carène, les demi-coques étant assemblées l'une à l'autre, par exemple par collage le long de leur plan de jointure qui suit sensiblement les rails 15 du flotteur, pour former une enveloppe externe étanche.

Dans cet exemple de la figure 7, les deux demi-coques 12a, 12b présentent une structure laminée de type sandwich dans laquelle une couche de matière légère, de type alvéolaire ou de type ligneux, formant l'âme 24 du sandwich, est emprisonnée entre deux couches interne 26 et externe 28 de matériau composite de renfort qui forment les peaux du sandwich et qui comprennent par exemple des nappes de fibres (verre, carbone, aramide, etc...) noyées dans une résine (thermoplastique, ou thermodurcissable, par exemple du type polyester ou époxy, etc...). De préférence, les entretoises 18 sont liées, par exemple par collage, aux deux demi- coques.

Ainsi, l'enveloppe externe présente une structure laminée composite sandwich qui lui assure une solidité propre, laquelle permet néanmoins de bénéficier de caractère compressible des entretoises selon l'invention. En effet, bien que rigides, ces structures sandwich pourront se déformer, au moins localement, sous les efforts induits par l'utilisation du flotteur.

La couche légère 24 est en l'occurrence réalisée par mise en forme d'une plaque de mousse initialement plane (en l'occurrence une mousse rigide de type mousse de polystyrène extrudée, mousse de PVC, ou mousse de PU rigide), laquelle est recouverte sur ses deux faces de matériaux composites de renfort 26, 28. La couche légère 24 est de préférence réalisée avec continuité de matière sur une portion significative de la structure. La mise en forme de la plaque de mousse peut être réalisée par thermoformage.

Selon l'invention, au moins une des surfaces de la couche légère 24, qui forme une surface d'interface avec la couche de matériau composite correspondante 26, 28, est munie de gravures 30.

Comme on peut le voir sur la figure 3, les gravures 30 selon l'invention sont des gravures 2 0 de faible profondeur. Elles sont plus profondes que la rugosité du matériau constituant la couche légère 24 (notamment plus profondes que d'éventuelles traces de ponçage), mais elles ne dépassent de préférence pas 2 mm de profondeur, une valeur optimum semblant être comprise entre 0,1 et 1 mm de profondeur. Dans l'exemple illustré, la couche de matière légère 24 présente une épaisseur de l'ordre de 5 à 10 mm, et on peut en déduire que les 2 5 gravures 30 ont de préférence une profondeur inférieure à 1/10ème de l'épaisseur de la couche légère 24, voire même égale ou inférieure à 1/20ême de cette épaisseur. La largeur de la gravure 30 est sensiblement du même ordre de grandeur que sa profondeur.

De préférence, les gravures 30 sont réalisées sans enlèvement de matière, par simple compression plastique de la matière légère. Elles peuvent ainsi être réalisées par appui d'un 3 0 outil (par exemple une plaque ou un rouleau muni(e) de nervures) selon une direction sensiblement perpendiculaire au plan général de la couche légère, l'outil laissant l'empreinte de ses nervures après avoir comprimé plastiquement la matière.

Si le matériau le permet, cette opération peut être conduite avec un matériau préalablement amené à une température à laquelle il se prête mieux à un thermoformage.

En variante, dans le cas où le matériau est soumis à une étape de mise en forme par thermoformage, on peut prévoir que les gravures soient formées au cours de cette étape, par exemple en interposant une grille flexible entre le matériau et le moule (souple ou rigide) de thermoformage. La pression appliquée au matériau lors de cette opération, ainsi que le fait qu'il soit porté à une température à laquelle il est plus plastique, permettent à la grille de laisser une empreinte sur la surface correspondante de matériau léger.

En formant les gravures sans enlèvement de matière, on limite le risque que les gravures 30 deviennent des zones de rupture de la matière légère. En effet, au niveau des gravures réalisées par compression plastique, la matière n'est ni détruite, ni arrachée. Ces risques de rupture seront de toutes façons d'autant plus réduits que la profondeur des gravures sera faible, ou tout au moins que le rapport entre la profondeur des gravures et l'épaisseur de la couche légère restera inférieur à 1/l0ème Les gravures 30 pourront présenter diverses géométries. En section, les gravures pourront par exemple avoir une forme en V (c. Figure 3), une forme à flancs parallèles et à fond arrondi (c.f. figure 5), ou présenter une forme évasée (c.f. Figure 6). En vue de dessus, elles pourront se présenter par exemple sous la forme de sillons (lignes droites, courbes, segments, etc...). Elles pourront former un réseau ordonné (sillons parallèles, croisés, disposés selon une symétrie particulière etc...) ou un réseau aléatoire. Elles pourront éventuellement dessiner des figures géométriques, voire des motifs décoratifs ou des éléments de texte.

Dans l'exemple tel qu'illustré à la figure 4, les gravures 30 forment en réseau un nid d'abeille à cellules hexagonales, chacun des côtés des hexagones ayant une dimension de l'ordre de 5 mm.

Selon un aspect de l'invention, les gravures 30 sont prévues pour être remplies par la résine 2 0 qui forme la matrice du matériau composite adjacent.

De la sorte, la couche de matériau composite 28, présente, sur sa surface d'interface avec la couche légère 24, des nervures 32 en relief dont la forme est directement complémentaire de la forme des gravures 30 de la couche légère.

Plusieurs modes de réalisation sont possibles pour assurer que la résine pénètre à l'intérieur de gravures 30. On peut en effet utiliser soit des nappes de fibres pré-imprégnées, soit des nappes de fibres sèches que l'on imprègne ensuite de résine. Dans les deux cas, on pourra éventuellement prévoir d'appliquer une première couche de résine avant de déposer les nappes de fibres (tissées ou non tissées) sur la couche légère 24, de préférence avant que la première couche de résine n'ait complètement polymérisé, de manière à assurer une bonne cohésion 3 0 entre la première couche de résine et le reste de la résine qui imprègne les fibres.

De préférence, on effectue l'opération de polymérisation de la résine qui imprègne les fibres sous pression, par exemple en disposant la structure laminée dans une enceinte à membrane souple, et en établissant un différentiel de pression entre l'intérieur et l'extérieur de l'enceinte de telle sorte que la membrane souple vienne plaquer intimement la couche de fibres et de résine en cours de polymérisation contre la couche légère 24. Le différentiel de pression peut être obtenu en créant une dépression à l'intérieur de l'enceinte, ou en créant une surpression à l'extérieur de l'enceinte. De la sorte, on assure un bon fluage de la résine entre les fibres et jusque dans les gravures 30, pour former ainsi les nervures 32.

Par ailleurs, lorsqu'il est prévu que les rainures soient remplies de résine, il est particulièrement important que les rainures soient peu profondes et peu larges. En effet, dans le cas contraire, le remplissage de rainures consommerait une quantité importante de résine, ce qui pourrait alourdir de manière non négligeable la planche.

Le réseau de nervures de résine 32 qui est ainsi créé à l'interface entre la couche légère 24 et la couche de renfort composite 26, 28, présente de nombreux avantages. Premièrement, la présence de ce réseau permet d'augmenter la surface de contact entre les deux couches, donc d'augmenter la surface d'adhésion entre les deux couches, et donc leur cohésion, limitant ainsi les risques de délaminage des couches. Cet aspect est renforcé par le fait que l'association des nervures et des gravures complémentaires réalise un accrochage mécanique par complémentarité de formes qui complète l'accrochage chimique de la résine sur le matériau de la couche légère.

Deuxièmement, les nervures permettent d'augmenter les performances mécaniques de la structure, notamment du fait que la couche composite 26, 28 se trouve renforcée par les nervures et est notamment plus résistante au flambement lorsque la couche composite est sollicitée en compression dans son plan général. Or, dans le cas des planches de glisse, lesquelles sont le plus souvent sollicitées essentiellement en flexion (les extrémités avant et arrière étant relevées par rapport à une portion centrale qui s'abaisse, par exemple sous l'effort une prise d'appui énergique), la flexion de la planche se traduit, entres autres, par une sollicitation de la surface supérieure de la planche en compression dans son plan général. De la sorte, le renforcement de la structure laminée selon l'invention trouve une application particulièrement intéressante pour la réalisation des faces supérieures de la planche, comme cela est illustré dans les exemples. Dans l'exemple illustré, le réseau des gravures 30 et des nervures complémentaires 32 est un motif géométrique multidirectionnel et répétitif. De la sorte, l'effet de renforcement agit de manière sensiblement homogène dans toutes les directions. Bien entendu, avec un motif de gravures plus directionnel, l'effet de renforcement sera lui aussi plus directionnel.

Troisièmement, les nervures peuvent être utilisées dans le but de réaliser un décor visible depuis l'extérieur. En effet, on connaît de nombreuses associations de fibres et de résine qui permettent de former une couche de renfort composite transparente (notamment en associant des fibres de verre à de la résine polyester ou époxy). Comme, par ailleurs, d'éventuelles couches supplémentaires (de résine ou autre matières plastiques) peuvent aisément être choisies transparentes, les gravures de la couche légère peuvent très bien être visibles depuis l'extérieur de la structure, et ainsi former un motif décoratif. Cet aspect décoratif peut être obtenu même si les gravures ne sont pas remplies de résine, mais, dans le cas où les gravures sont emplies de résine, les phénomènes de réfraction à l'interface entre la résine et la couche légère 24 peuvent créer des contrastes de couleurs mettant encore plus en évidence les gravures 30. Ce contraste pourra être renforcé en utilisant une résine légèrement teintée, ou en prévoyant une coloration différenciée entre la surface de la matière légère et le fond des gravures. Le motif de décoration pourra résulter simplement du choix de la disposition des gravures, ou il pourra être spécialement dessiné en fonction des critères purement esthétiques. Ce motif pourra alors être figuratif, abstrait, former les lettres d'un texte, ou reproduire un logo.

Ainsi, la construction selon l'invention permet d'améliorer sensiblement la cohésion de la structure laminée composite, sa résistance mécanique, et permet de créer, sans opération supplémentaire, un effet de décoration.

L'invention qui vient d'être décrite dans le domaine d'un flotteur de surf peut aussi être utilisée dans le domaine des skis ou des planches de surf des neiges, qui sont généralement constituées de structure laminée de type sandwich utilisant des matériaux composites.

Ainsi, à la figure 8, on a illustré de façon très sommaire un ski 40 vu en coupe transversale dans lequel on reconnaît, de bas en haut: - une semelle de glisse 42 encadrée de deux carres métalliques 44; une couche inférieure de renfort en matériau composite 46; - un noyau 48 en matériau alvéolaire ou en matériau à base de bois; une couche supérieure de renfort en matériau composite 50; - une couche de protection 52.

Selon l'invention, on peut voir que l'une des faces du noyau 48, en l'occurrence la face supérieure, est munies de gravures 30, du type de celles définies plus haut. Bien entendu, les 2 0 avantages procurés sont sensiblement les mêmes que ceux décrits plus haut.

La gravure de la couche légère 24, 48 selon l'invention pourra être mise en oeuvre sur l'intégralité de la surface de la couche légère 24, 48 en contact avec le matériau composite (26, 28, 46, 48), sur seulement certaines des faces de la couche légère, ou sur seulement certaines portions de ces faces. Le motif et la géométrie des gravures pourra varier en fonction de l'endroit de la planche que l'on considère, ceci en fonction de la plus ou moins grande nécessité de renforcer la cohésion et/ou la résistance de la structure laminée à l'endroit considéré, ou en fonction de la volonté d'obtenir un effet décoratif.

Claims (2)

1. 8 REVENDICATIONS

   1. Planche de glisse à structure laminée composite comportant au moins une couche légère (24, 48) comprenant au moins un matériau alvéolaire ou un matériau ligneux ayant une surface d'interface, et du type comportant au moins une couche de renfort (26, 28, 46, 50), dont une surface d'interface adhère à la surface d'interface de la couche légère (24, 48), la couche de renfort (26, 28, 46, 50) comprenant des fibres de renfort enrobées dans de la résine de matière plastique, caractérisée en ce que la surface d'interface de la couche légère (24, 48) comporte des gravures (30).

   2. Planche de glisse à structure laminée composite selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface d'interface de la couche de renfort (26, 28, 46, 50) comporte des nervures correspondantes de résine (32).

   3. Planche de glisse à structure laminée composite selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les gravures (30) sont formées d'un réseau de sillons.

   4. Planche de glisse à structure laminée composite selon la revendication 3, caractérisée en ce que les gravures (30) sont formées d'un réseau de sillons croisés.

   5. Planche de glisse à structure laminée composite selon l'une quelconque des 2 0 revendications précédentes, caractérisée en ce que les gravures (30) présentent une profondeur moyenne inférieure à 2 mm.

   6. Planche de glisse à structure laminée composite selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les gravures (30) présentent une profondeur moyenne inférieure à 1 mm.
2. 2 5 7. Planche de glisse à structure laminée composite selon l'une quelconque des revendications précédentes prise en combinaison avec la revendication 2, caractérisée en ce que les nervures 32 emplissent au moins partiellement les gravures (30).

   8. Planche de glisse à structure laminée composite selon l'une des revendications 2 ou 7, caractérisée en ce que les nervures (32) sont formées par fluage de la résine la couche de renfort dans les gravures.

   9. Planche de glisse à structure laminée composite selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la structure laminée composite est une structure sandwich dans laquelle la couche légère (24, 48) est intercalée entre deux couches de renfort (26, 28, 46, 50).

   10. Planche de glisse à structure laminée composite sandwich selon la revendication 9, caractérisée en ce que les deux couches de renfort (26, 28, 46, 50) sont sensiblement parallèles.

   11. Planche de glisse à structure laminée composite selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les gravures (30) sont formées par déformation plastique de la couche légère, sans enlèvement de matière.

   12. Planche de glisse à structure laminée composite selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche de renfort (26, 28, 46, 50) est transparente.

   13. Planche de glisse à structure laminée composite selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la résine de la couche de renfort (26, 28, 46, 50) assure l'adhésion de la couche de renfort (26, 28, 46, 50) sur la couche légère (24, 48).

   14. Planche de glisse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la structure laminée forme une enveloppe externe (12) de la planche, en ce que la couche de renfort (26, 28, 46, 50) est transparente de manière à laisser apparaître depuis l'extérieur la surface d'interface de la couche légère (24, 48).

   15. Planche de glisse (26, 28, 46, 50) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la structure laminée composite forme une enveloppe externe (12) de la planche, ladite enveloppe (12) étant creuse.

   16. Procédé de fabrication d'une planche de glisse à structure laminée composite comportant au moins une couche légère (24, 48) comprenant au moins un matériau 2 0 alvéolaire ou un matériau ligneux ayant une surface d'interface, la structure comportant au moins une couche de renfort (26, 28, 46, 50), dont une surface d'interface adhère à la surface d'interface de la couche légère (24, 48), la couche de renfort (26, 28, 46, 50) comprenant des fibres de renfort enrobées dans de la résine de matière plastique, caractérisé en ce que le procédé comporte au moins une étape de formation de gravures 2 5 dans la surface d'interface de la couche légère (24, 48) comporte des gravures.

   17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que la formation des gravures est effectuée sans enlèvement de matière.

   18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que la formation des gravures est effectuée par compression avec déformation plastique de la couche légère.