MATERIAU COMPOSITE DE TYPE SANDWICH ET ETUI D'INSTRUMENTS, NOTAMMENT DE MUSIQUE,COMPOSITE MATERIAL OF SANDWICH TYPE AND CASE OF INSTRUMENTS, ESPECIALLY MUSIC,
REALISES A PARTIR DE CE MATERIAUMADE FROM THIS MATERIAL
L'invention concerne un matériau composite de type sandwich, utilisable pour la fabrication d'étuis d'instruments notamment d'instruments de musique et étui de violoncelle réalisé à partir de ce matériau.The invention relates to a composite material of the sandwich type, which can be used for the manufacture of instrument cases, in particular musical instruments, and cello case produced from this material.
Les matériaux composites sont souvent utilisés pour la réalisation de pièces où le couple poids/caractéristiques mécaniques est primordial. Pour les pièces qui nécessitent une très grande rigidité, on a recours à la technique dite du "sandwich composite".Composite materials are often used for the production of parts where the weight / mechanical characteristics couple is essential. For parts that require very high rigidity, use is made of the so-called "composite sandwich" technique.
Un sandwich composite comporte trois éléments différents, qui sont solidaires : une première peau, une âme intérieure, une seconde peau.A composite sandwich has three different elements, which are integral: a first skin, an inner core, a second skin.
La première peau est réalisée en résine thermodurcissable (epoxie- polyester-phénolique, etc.), renforcée de tissus (verre-carbone etc.). Les tissus (sergé-taffetas...) sont choisis et disposés dans un sens préférentiel en fonction des efforts et des contraintes auxquels la pièce sera soumise. La première peau peut être obtenue par stratification manuelle, sous vide, ou par l'utilisation de tissus pré-imprégnés. La polymérisation s'opère à température ambiante, en étuve ou en autoclave suivant les systèmes. L'épaisseur de cette première peau peut varier de quelques dixièmes à quelques dizaines de mm, suivant les pièces.The first skin is made of thermosetting resin (epoxy-polyester-phenolic, etc.), reinforced with fabrics (glass-carbon etc.). The fabrics (twill-taffeta ...) are chosen and arranged in a preferential direction according to the efforts and constraints to which the piece will be subjected. The first skin can be obtained by manual stratification, under vacuum, or by the use of prepreg fabrics. The polymerization takes place at room temperature, in an oven or in an autoclave depending on the systems. The thickness of this first skin can vary from a few tenths to a few tens of mm, depending on the parts.
L'âme du sandwich est généralement constituée d'un matériau cellulaire, dont les caractéristiques sont : légèreté et bonne résistance à la compression. Les matériaux les plus utilisés sont les nids d'abeilles (acier- aluminium- plastique) et les mousses de polyuréthanne, polychlorure de vinyle (PVC).The core of the sandwich is generally made of a cellular material, the characteristics of which are: lightness and good resistance to compression. The most used materials are honeycombs (steel- aluminum- plastic) and polyurethane, polyvinyl chloride (PVC) foams.
La seconde peau reprend les éléments constitutifs de la première peau, mais son épaisseur est beaucoup plus faible, puisqu'elle n'a pour rôle que de refermer le "sandwich".
Les trois éléments du sandwich composite sont assemblés par collage, quelquefois sous vide, à l'aide de résine thermodurcissable (époxie ou autre), quelquefois avec des films adhésifs à haute température.The second skin takes up the constituent elements of the first skin, but its thickness is much smaller, since it only has the role of closing the "sandwich". The three elements of the composite sandwich are assembled by gluing, sometimes under vacuum, using thermosetting resin (epoxy or other), sometimes with high temperature adhesive films.
Toutes ces opérations successives et compliquées, très gourmandes en main d'œuvre qualifiée, utilisant des matériaux très sophistiqués et coûteux, ont cantonné l'utilisation des sandwichs composites à des applications excessivement pointues dans l'aéronautique, la formule 1 , la course au large, le train à grande vitesse (TGV), etc. A titre d'exemple, un étui de violoncelle, fabriqué à l'aide de cette technique et avec ces matériaux, ne pèserait que 3,5 ou 4 kg, mais son prix pourrait dépasser les 15.000 F ; aussi, les étuis de violoncelle sont-ils réalisés, le plus souvent, en fibre de verre ou en bois recouvert de tissu.All these successive and complicated operations, very demanding in terms of skilled labor, using very sophisticated and expensive materials, have confined the use of composite sandwiches to excessively specialized applications in aeronautics, formula 1, ocean racing , high speed train (TGV), etc. For example, a cello case, made using this technique and with these materials, would weigh only 3.5 or 4 kg, but its price could exceed 15,000 F; therefore, cello cases are usually made of fiberglass or wood covered with fabric.
On connaît actuellement des étuis de violoncelle réalisés par thermoformage de plaques d'acrylonitrile butadiène styrène (ABS). Dans la grande majorité des cas, sauf pour les étuis standards très bon marché, dépourvus de revêtement intérieur, le tissu de garnissage est formé et collé automatiquement lors de l'opération de transformation. L'étui formé en ABS comporte un profil mâle-femelle en PVC, formé à chaud, qui assure l'étanchéité et est doté de neuf serrures. Son poids est de 5,5 à 7 kg, suivant les modèles et les finitions.Currently known cello cases made by thermoforming of acrylonitrile butadiene styrene (ABS) plates. In the vast majority of cases, except for the very inexpensive standard cases, devoid of internal coating, the filling fabric is formed and glued automatically during the transformation operation. The ABS-formed case has a hot-formed PVC male-female profile, which provides sealing and has nine locks. Its weight is 5.5 to 7 kg, depending on the models and finishes.
Le violoncelle nécessite un étui très protecteur. Les meilleurs étuis existants sont lourds, du fait de I épaisseur de leurs parois, mais sont, malgré cela, assez peu rigides, ce qui nécessite de nombreux points de fermeture, rendant ainsi leur maniement malcommode. Les étuis haut de gamme jouent sur le fini et la noblesse des matériaux, mais ne résolvent cependant pas les problèmes de poids et de rigidité.The cello requires a very protective case. The best existing cases are heavy, because of the thickness of their walls, but are, despite this, not very rigid, which requires numerous closing points, thus making their handling inconvenient. The high-end cases play on the finish and the nobility of the materials, but however do not solve the problems of weight and rigidity.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients. Cette invention, telle qu'elle est caractérisée, résout le problème consistant à créer un matériau composite de type sandwich, avec lequel il soit possible
de réaliser des étuis d'instruments, et tout particulièrement des étuis de violoncelle, offrant une grande légèreté, une bonne rigidité, et une excellente résistance aux chocs, et, ce, pour un prix acceptable.The object of the present invention is to remedy these drawbacks. This invention, as characterized, solves the problem of creating a composite sandwich material, with which it is possible to make instrument cases, and in particular cello cases, offering great lightness, good rigidity, and excellent impact resistance, and this, for an acceptable price.
Le matériau composite de type sandwich, selon l'invention, se caractérise en ce qu'il est constitué, pour l'essentiel :The sandwich-type composite material according to the invention is characterized in that it consists essentially of:
- d'une première peau en acrylonitrile butadiène styrène (ABS) métalissé,- a first skin in metallized acrylonitrile butadiene styrene (ABS),
- d'une âme en mousse de polychlorure de vinyle (PVC),- a core of polyvinyl chloride foam (PVC),
- d'une seconde peau en polyester téréphtalate (PTEG).- a second skin in polyester terephthalate (PTEG).
L'assemblage des trois éléments est obtenu par collage sous vide.The assembly of the three elements is obtained by vacuum bonding.
Le procédé de fabrication d'étuis d'instruments, à partir du matériau composite selon l'invention, comporte les étapes suivantes :The process for manufacturing instrument cases, from the composite material according to the invention, comprises the following steps:
a) thermoformage, sur moule positif, de la première peau en ABS - démoulage et détourage,a) thermoforming, on a positive mold, of the first ABS skin - demolding and trimming,
b) application de la colle polyuréthanne au pistolet sur la face interne de la première peau en ABS, obtenue à l'étape précédente (a) - séchage à l'ambiante,b) application of polyurethane adhesive with a spray gun to the internal face of the first ABS skin, obtained in the previous step (a) - drying at room temperature,
c) découpe à la presse des éléments de l'âme,c) press cutting of the elements of the core,
d) formage à chaud et sous vide, sur moule positif, des éléments de l'âme,d) hot and vacuum forming, on a positive mold, of the elements of the core,
e) application de la colle polyuréthanne au pistolet sur les éléments de l'âme obtenus à l'étape précédente (d) - séchage à l'ambiante, f) positionnement des éléments de l'âme pré-encollés sur la face interne de la première peau thermoformée en ABS, pré-encollée elle aussi.,
g) mise sous vide du complexe première peau-âme dans un conformateur, puis chauffage sous un panneau radiant, de manière à réactiver la colle tout en maintenant le vide. Refroidissement - démoulage,e) application of polyurethane glue with a spray gun to the core elements obtained in the previous step (d) - ambient drying, f) positioning of the pre-glued core elements on the internal face of the first thermoformed ABS skin, also pre-glued., g) placing the first skin-core complex under vacuum in a shaping device, then heating under a radiant panel, so as to reactivate the adhesive while maintaining the vacuum. Cooling - demolding,
h) application de la colle polyuréthanne au pistolet sur la seconde peau - séchage à l'ambiante,h) application of polyurethane glue with a spray gun to the second skin - ambient drying,
i) application de la colle polyuréthanne au pistolet sur la face interne du complexe première peau-âme,i) application of polyurethane adhesive with a spray gun to the internal face of the first skin-core complex,
j) thermoformage, en moule négatif, de la seconde peau sur le complexe première peau-âme, pour fermer le sandwich, avec réactivation de la colle sous le panneau radiant. Refroidissement - démoulage.j) thermoforming, in a negative mold, of the second skin on the first skin-core complex, to close the sandwich, with reactivation of the adhesive under the radiant panel. Cooling - demolding.
Selon un mode de réalisation préférentiel, concernant, plus particulièrement, la fabrication d'étuis de violoncelle, l'épaisseur de la première peau est de 1 mm pour le couvercle et de 1 ,50 mm pour le fond ; l'âme est constituée d'une mousse de 8 mm d'épaisseur et de 50 kg/m3 de densité ; la seconde peau à une épaisseur de 0,5 mm.According to a preferred embodiment, concerning, more particularly, the manufacture of cello cases, the thickness of the first skin is 1 mm for the cover and 1.50 mm for the bottom; the core is made of 8 mm thick foam with a density of 50 kg / m3; the second skin to a thickness of 0.5 mm.
Le sandwich ainsi obtenu est assemblé par collage sous vide, dans un conformateur, à l'aide d'une colle polyuréthanne mono-composant, appliquée au pistolet et réactivée sous un panneau radiant.The sandwich thus obtained is assembled by vacuum bonding, in a former, using a single-component polyurethane adhesive, applied with a gun and reactivated under a radiant panel.
Les découpes du fond et des bords du corps de l'étui sont réalisées de manière que les différentes parties viennent s'imbriquer les unes dans les autres, comme un puzzle, tout en laissant, ici et là, des petites réserves constituées de parties de puzzle manquantes, permettant à la seconde peau de venir se coller directement sur la première peau en emprisonnant ainsi l'âme.
Les serrures de liaison du couvercle au corps de l'étui sont au nombre de trois à quatre.The cutouts of the bottom and edges of the body of the case are made so that the different parts come to overlap each other, like a puzzle, while leaving, here and there, small reserves made up of parts of missing puzzle, allowing the second skin to stick directly to the first skin, thus trapping the soul. There are three to four locks for connecting the cover to the body of the case.
Les avantages obtenus, grâce à cette invention, consistent essentiellement en ce que le poids d'un étui de violoncelle est ainsi réduit de 4 à 4,5 kg, contre 5 à 7 kg pour les étuis existant actuellement, et que la rigidité et l'étanchéité obtenues sont telles que le nombre de serrures nécessaires peut être réduit à 3 ou 4, contre 8 à 10 avec la technique actuelle, en ce que la résistance aux chocs des parois de l'étui est telle que l'instrument qu'il contient est protégé efficacement contre les chocs, petits ou grands, pouvant survenir dans toutes les situations, et, ce, tout en maintenant cette sorte d'étui dans une fourchette de prix très raisonnable par rapport aux étuis similaires. L'incidence de prix de 30 à 40% est tout à fait acceptable pour la protection d'instruments de haut de gamme, particulièrement coûteux et délicats.The advantages obtained, thanks to this invention, consist essentially in that the weight of a cello case is thus reduced from 4 to 4.5 kg, compared with 5 to 7 kg for the cases currently existing, and that the rigidity and the tightness obtained are such that the number of locks required can be reduced to 3 or 4, against 8 to 10 with the current technique, in that the impact resistance of the walls of the case is such that the instrument it contains is effectively protected against shocks, small or large, which can occur in all situations, and this, while maintaining this kind of case in a very reasonable price range compared to similar cases. The price incidence of 30 to 40% is perfectly acceptable for the protection of high-end, particularly expensive and delicate instruments.
D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va suivre d'un étui à violoncelle, réalisé selon l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, au regard des dessins annexés, sur lesquels :Other characteristics and advantages will appear in the following description of a cello case, produced according to the invention, given by way of nonlimiting example, with regard to the appended drawings, in which:
- la figure 1 représente une vue de côté, en perspective, d'un échantillon du matériau composite,FIG. 1 represents a side view, in perspective, of a sample of the composite material,
- la figure 2 représente une vue extérieure de dessous, en perspective, du corps de l'étui,FIG. 2 represents an exterior view from below, in perspective, of the body of the case,
- la figure 3 représente une vue extérieure de dessus, en perspective, du couvercle de l'étui,FIG. 3 represents an external view from above, in perspective, of the cover of the case,
- la figure 4 représente une vue de côté de l'étui, garni d'un violoncelle représenté en pointillé,FIG. 4 represents a side view of the case, furnished with a cello shown in dotted lines,
- la figure 5 représente une vue de face de l'étui selon la figure 4,
- la figure 6 représente une vue de gauche de l'étui selon la figure 4.FIG. 5 represents a front view of the case according to FIG. 4, FIG. 6 represents a left view of the case according to FIG. 4.
Les figures représentent un matériau composite 10 de type "sandwich", comportant une première peau 11 , une âme 12 et une seconde peau 13, utilisé pour la réalisation d'un étui 20 à violoncelle 30, constitué d'un corps 21 et d'un couvercle 22 ; des petites réserves 212, laissées dans le fond 210 où les bords 211, permettent, à la seconde peau 13 intérieure, de venir se coller directement sur la première peau 11 extérieure, en emprisonnant l'âme 12 du matériau 10.The figures represent a composite material 10 of the "sandwich" type, comprising a first skin 11, a core 12 and a second skin 13, used for the production of a cello case 20, consisting of a body 21 and a cover 22; small reserves 212, left in the bottom 210 where the edges 211 allow the second inner skin 13 to come and stick directly to the first outer skin 11, trapping the core 12 of the material 10.
En examinant plus en détail la figure 1 , on remarque que le matériau composite 10 est constitué des trois éléments suivants :By examining FIG. 1 in more detail, it can be seen that the composite material 10 consists of the following three elements:
- une première peau 11 en ABS métallisé, d'une épaisseur de 1 mm pour la réalisation du couvercle 22 de l'étui 20, et de 1 ,5 mm pour le fond 210 dudit étui 20 ; l'ABS ayant été sélectionné pour ses caractéristiques mécaniques de résistance aux chocs, sa bonne thermoformabilité et une excellente présentation. D'autres matériaux, tels que le polycarbonate et ses dérivés, pourraient être cependant utilisés aussi,- A first skin 11 in metallized ABS, with a thickness of 1 mm for producing the cover 22 of the case 20, and 1.5 mm for the bottom 210 of said case 20; ABS having been selected for its mechanical characteristics of impact resistance, its good thermoformability and an excellent presentation. Other materials, such as polycarbonate and its derivatives, could however also be used,
- une âme 12 en mousse de PVC, très légère, dont la densité peut varier de 50 à 80 kg/m3, suivant les qualités ; cette mousse de PVC, très résistante à la compression, quasiment indestructible, est utilisée pour ses caractéristiques physiques et mécaniques,- a core 12 of PVC foam, very light, the density of which can vary from 50 to 80 kg / m3, depending on the qualities; this PVC foam, very resistant to compression, almost indestructible, is used for its physical and mechanical characteristics,
- une seconde peau 13 en PETG, de 0,5 mm d'épaisseur, choisie pour son excellente thermoformabilité et sa plage de température de formage relativement basse (60 à 70°), qui permet de conserver, à la mousse de polychlorure de vinyle (PVC) sur laquelle cette peau est thermoformée toute son épaisseur et l'intégralité de ses caractéristiques mécaniques.
Les trois éléments sont assemblés par collage sous vide avec une colle polyuréthanne.- a second skin 13 made of PETG, 0.5 mm thick, chosen for its excellent thermoformability and its relatively low forming temperature range (60 to 70 °), which makes it possible to keep polyvinyl chloride foam (PVC) on which this skin is thermoformed all its thickness and all of its mechanical characteristics. The three elements are assembled by vacuum bonding with polyurethane glue.
En se rapportant aux figures 2 et 3, on remarque que, pour la réalisation d'étuis 20 à violoncelle 30, la première peau 11 du sandwich 10 est obtenue par thermoformage sur moule positif d'une plaque d'ABS métallisé, d'épaisseur 1 ,5 mm, pour le fond 210 de l'étui, et de 1 mm pour le couvercle 22 de celui-ci.Referring to Figures 2 and 3, we note that, for the production of cello cases 20, the first skin 11 of the sandwich 10 is obtained by thermoforming on a positive mold of a metallized ABS plate, of thickness 1.5 mm for the bottom 210 of the case, and 1 mm for the cover 22 of the latter.
Le thermoformage sur moule positif permet notamment, grâce au bullage, d'obtenir des épaisseurs régulières sur le fond et sur les parois de l'étui.Thermoforming on a positive mold notably allows, thanks to bubbling, to obtain regular thicknesses on the bottom and on the walls of the case.
L'âme 12 du sandwich 10 est découpée à la presse à l'aide d'outils de découpes appropriés, puis formée sous vide sur moule positif, après avoir été ramollie sous un panneau radiant. Les découpes du fond 210 et des bords 211 du corps 21 de l'étui 20 sont réalisées de telle manière que les différentes parties viennent s'imbriquer les unes dans les autres, comme un puzzle, tout en laissant, ici et là, des petites réserves 212 (parties de puzzle manquantes), qui permettent à la seconde peau (intérieure) 13 de venir se coller directement sur la première peau (extérieure) 11 , emprisonnant ainsi l'âme 12 et prévenant tout défaut de délaminage. Les différents collages sont effectués sous vide dans un conformateur à l'aide d'une colle polyuréthanne mono-composant, appliquée au pistolet et réactivée sous un panneau radiant.The core 12 of the sandwich 10 is cut in the press using appropriate cutting tools, then formed under vacuum on a positive mold, after having been softened under a radiant panel. The cutouts of the bottom 210 and of the edges 211 of the body 21 of the case 20 are made in such a way that the different parts come to overlap one another, like a puzzle, while leaving, here and there, small reserves 212 (missing puzzle parts), which allow the second skin (inside) 13 to stick directly to the first skin (outside) 11, thus trapping the core 12 and preventing any delamination defect. The various bondings are carried out under vacuum in a conformator using a one-component polyurethane adhesive, applied with a gun and reactivated under a radiant panel.
En examinant maintenant les figures 4, 5 et 6, on remarque que l'étui 20, réalisé comme indiqué ci-dessus, enveloppe et protège totalement et efficacement un violoncelle 30, qui se trouve parfaitement calé dans tous les sens. La rigidité de l'étui 20 permet, par ailleurs, de limiter le nombre de serrures de fermeture du couvercle 22 à trois ou quatre.Now examining FIGS. 4, 5 and 6, it can be seen that the case 20, produced as indicated above, completely and effectively envelops and protects a cello 30, which is perfectly wedged in all directions. The rigidity of the case 20 also makes it possible to limit the number of locks for closing the cover 22 to three or four.
La réalisation d'un étui à violoncelle à partir du matériau composite de type "sandwich", selon l'invention, ne constitue qu'un exemple d'application de
celui-ci, car d'autres sortes d'étuis peuvent être aussi réalisés avec ce matériau et selon ce procédé, sous réserve d'adaptations mineures ne sortant pas du cadre de l'invention.
The production of a cello case from the composite material of the "sandwich" type, according to the invention, is only one example of application of this one, because other kinds of cases can also be produced with this material and according to this process, subject to minor adaptations not going beyond the scope of the invention.