WO2007048899A1 - Structure stratifiee sandwich perfectionnee - Google Patents

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WO2007048899A1
WO2007048899A1 PCT/FR2006/002337 FR2006002337W WO2007048899A1 WO 2007048899 A1 WO2007048899 A1 WO 2007048899A1 FR 2006002337 W FR2006002337 W FR 2006002337W WO 2007048899 A1 WO2007048899 A1 WO 2007048899A1
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Eric Metrot
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Salomon S.A.
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Definitions

  • the invention relates to the field of sandwich-type laminated structures, that is to say structures comprising at least three layers of superimposed materials, one of the layers, called the core layer, comprising a cellular material (little or no compressible), and being bonded on each of its faces to a reinforcing material.
  • These layers of material generally have a dimension (thickness) much smaller than their other dimensions, and the reinforcing layers generally have a thickness of at least 5 to 10 times less than the thickness of the core layer.
  • the laminated sandwich structures are appreciated for the very good ratio that they display between their weight and their mechanical strength, in particular from the point of view of their stiffness in bending.
  • the layers are bonded together, by any form of bonding, welding, etc., so that the bending of the structure results in a stressing of the (thin) reinforcing layers essentially in tension or in tension. compression, the core layer (thicker) being essentially stressed in compression in the direction of its thickness, and in shear in its general plane.
  • light materials are generally used, most often cellular materials having a bulk density of less than 400 kg / m 3 and / or woody materials such as wood or other wood-based materials. . These materials are generally substantially rigid in compression in the direction of their thickness, at least in the field of efforts for which the structure is provided.
  • the composite materials composed of fibers embedded in a plastic resin are appreciated for their mechanical characteristics and for their relative ease of use.
  • other reinforcing materials are usable, such as metals (including aluminum), wood, or plastics with good mechanical properties.
  • a sandwich laminate structure essentially comprises three interconnected layers, it may comprise complementary layers, either in the form of external layers superimposed on one or other of the reinforcing layers, or in the form of intermediate layers. arranged between a reinforcing layer and the core layer. In the latter case, it is important to maintain good adhesion between the different layers so that the shear forces can be transmitted from one layer to another.
  • the invention may find application in many fields, including those of shipbuilding, aeronautics, rail or automobile. It may also apply to the field of sports gear such as gliding machines.
  • the invention proposes a sandwich-type laminated structure comprising at least a first core layer made of cellular material, a first reinforcing layer bonded to a first face of the first core layer, and a second reinforcing layer on the side bonded to the second face of the core layer, characterized in that the laminated structure comprises at least, between the first core layer and the first reinforcing layer, a compressed foam layer bonded to these two layers.
  • FIG. 1 is a schematic perspective exploded view of a sandwich structure sample according to a first embodiment of the invention
  • Figure 2 is a sectional view of the sample of Figure 1
  • Figure 3 is a view similar to that of Figure 1 illustrating a second embodiment of the invention
  • Figure 4 is a view similar to that of Figure 1 illustrating a third embodiment of the invention.
  • FIG. 1 illustrates in exploded perspective a first example of a sample of a sandwich structure 10 according to the invention.
  • the notions of "superior”, “lower”, “high” and “low” will be used with reference to the appended drawings, and only in order to facilitate the understanding of the description, without being limiting in nature. the scope of the invention.
  • This structure is here composed of layers in the form of plates, in that they have a dimension (their respective thicknesses) much lower than their two other respective dimensions. These plates are essentially flat, but they could be curved in two or three dimensions, developable in the mathematical sense or not.
  • the sandwich structure 10 thus comprises a core layer 12 of cellular material on both sides of which are arranged reinforcing layers 14.
  • the cellular material of the core layer 12 is chosen from foams, in particular from so-called rigid foams.
  • Rigid foams have a low elasticity in that as soon as the compression force exceeds a certain value, they deform by collapse, irreversibly or very little reversible.
  • Rigid foams include polyurethane foams, expanded polystyrene foam and extruded polystyrene foam which are generally used in the form of foam bars to form the cores of traditional surfboards.
  • some foams of PVC or polyimide used generally as a core in the sandwich structure are part of so-called rigid foams.
  • foams of expanded polyolefins are generally considered by those skilled in the art to be flexible foams, in particular by their capacity to be able to undergo large deformations in the elastic domain.
  • the material of the core 12 is an extruded polystyrene foam such as that marketed by The Dow Chemical Company under the trademark “Styrofoam” and under the reference "HD300". This foam has a density of 45 kg / m3.
  • any other cellular material may be considered, especially any cellular material of less than 150 kg / m 3, such as most plastic foams.
  • the reinforcing layers 14 are advantageously layers of composite material such as fibers (glass, carbon, aramid, or mixtures thereof) impregnated or embedded in a resin (thermoplastic or thermosetting, for example of the polyester or epoxy type).
  • the fibers will preferably be chosen from long woven fibers, with the possibility of superimposing several fabrics (identical or different, with different fiber orientations) within the same reinforcing layer 14.
  • the sandwich structure 10 comprises, between the core layer 12 and at least one of the reinforcing layers 14 (in this case the upper reinforcing layer in the drawings), a layer of compressed foam 16 which is directly bonded or indirectly to these two layers 12, 14.
  • the compression operation will generally be performed as an operation prior to assembling the composite structure.
  • this compression operation will be a thermocompression operation, that is to say carried out in the presence of a heat input, to bring the material in a state favorable to its plastic deformation capacity.
  • a compressed foam layer having a density of between 150 and 500. kg / m3.
  • the thickness of the compressed foam layer will be between 0.3 and 2 mm.
  • thermocompression is performed with a minimum heating time before the actual compression phase, so that the foam plate does not have time to see its temperature to homogenize in the thickness. Under the effect of pressure, the outermost parts of the plate will be more easily deformable than the heart and will be more compressed.
  • thermoforming operation with plastic compression could also be performed directly at the output of the foam production line, for example by calendering directly at the extruder outlet for the case of an extruded foam.
  • connection between the different layers of the sandwich structure (essential so that the shear stresses are transmitted from one layer to another and so that the structure can function as a sandwich structure and not as a simple stack), can be performed in different ways, according to the procedures known to those skilled in the art for making sandwich structures.
  • the reinforcing layers will be bonded to the core layer or to the foam layer compressed by said resin.
  • reinforcement layers made of other materials, they may be bonded to the adjacent layer by a suitable adhesive.
  • This layer of fiber-reinforced adhesive then forms a layer of interlayered composite material 15 between the compressed foam layer 16 and the core layer 12, these two layers then being indirectly bonded to one another via the layer insert 15 which is related to both.
  • This intermediate layer 15 can be made in the form of a reinforcing layer, for example combining fibers and resin, or in any other form of reinforcement layers as seen above. .
  • the foam layer 16 thus compressed has the advantage of having a high resistance to any new compressive stress in a plane perpendicular to the structure.
  • the core layer It thus protects the core layer from this type of stress which may appear for example when the sandwich structure is stressed in flexion.
  • the reinforcing layer 14 arranged on the internal side of the flexion (that which sees its concavity increase) is stressed in compression in its plane and may therefore tend to flare inwards, towards the core layer 12.
  • the reinforcing layer 14 is better held, and flambera for higher stress rates.
  • the structure will be stronger when a point load is applied perpendicular to its reinforced surface.
  • the compressed foam layer has a thickness at least four times less than the thickness of the core layer.
  • the thickness ratio between the core layer and the compressed foam layer it will be advantageous for the thickness ratio between the core layer and the compressed foam layer to be even greater, for example at least 10.
  • the compressed foam layer is compressed to have substantially smooth upper and lower faces.
  • the sample differs from the first only in that, according to a second aspect of the invention, the compressed foam comprises, on one of its faces (in the occurrence on its upper face arranged on the side of the upper reinforcing layer 14), engravings 30.
  • the etchings 30 are carried out without removal of material, by simple plastic compression of the light material. They can thus be made by supporting a tool (for example a plate or a roll provided with ribs) in a direction substantially perpendicular to the general plane of the light layer, the tool leaving the impression of its ribs after have plastically compressed the material.
  • a tool for example a plate or a roll provided with ribs
  • the etching can be performed before, during, or after the foam compression operation.
  • the etchings are formed during this step, for example by interposing a flexible grid between the material and the mold or the press (flexible or rigid ) of thermoforming.
  • the engravings 30 may have various geometries.
  • the engravings may for example have a V shape, a shape with parallel flanks and rounded bottom, or have a flared shape.
  • they may be for example in the form of furrows (straight lines, curves, segments, etc ). They can form an ordered network (parallel, crossed paths, arranged in a particular symmetry etc.) or a random network. They may eventually draw geometric figures, or even decorative patterns or text elements.
  • the etchings 30 form two crossed gratings of parallel lines drawing cells in parallelograms (rhombs, rectangles, squares, etc.).
  • the engravings may have a depth of about 0.1 mm to 0.5 mm or more for relatively thick layers of compressed foam.
  • the depth of the etchings may be just less than the thickness of the compressed foam layer, for example of the order of 0.9 times the thickness. In the latter case, the engravings will make the compressed foam layer particularly flexible and able to conform to a complex three-dimensional form, even if it is not developable.
  • the etchings 30 are intended to be filled by the resin which forms the matrix of the composite material of the adjacent layer.
  • This adjacent layer is, in FIG. 4, the upper reinforcement layer 14.
  • the layer of composite material 14 has, on its interface surface with the compressed foam layer 16, raised ribs whose shape is directly complementary to the shape of the etchings 30 of the compressed foam layer 16.
  • the polymerization step of the resin which impregnates the fibers under pressure is carried out, for example by arranging the laminated structure in a flexible membrane enclosure, and establishing a pressure differential between the inside and the outside of the membrane. the enclosure so that the flexible membrane intimately presses the layer of fibers and resin during polymerization against the compressed foam layer 16.
  • the pressure differential can be obtained by creating a depression inside the speaker, or creating an overpressure outside the enclosure. In this way, it ensures a good flow of the resin between the fibers and into the etchings 30, thus forming the ribs.
  • the engravings are filled with resin, it is particularly important that the engravings are shallow and narrow.
  • the network of resin ribs which is thus created at the interface between the compressed foam layer 16 and the composite reinforcing layer 14 has many advantages. Firstly, the presence of this network makes it possible to increase the contact area between the two layers, thus increasing the adhesion surface between the two layers, and therefore their cohesion, thus limiting the risk of delamination of the layers. This aspect is reinforced by the fact that the combination of ribs and complementary engravings performs a mechanical attachment by complementarity of shapes that completes the chemical bonding of the resin on the material of the compressed foam layer.
  • the ribs make it possible to increase the mechanical performance of the structure, in particular because the composite layer is reinforced by the ribs and in particular is more resistant to flanking when the composite layer is stressed in compression in its general plane.
  • the bending of the board is reflected, among other things, by a stress on the upper surface of the board in compression in its general plane.
  • the reinforcement of the laminated structure according to the invention finds a particularly advantageous application for the realization of the upper faces of the board, as illustrated in the examples below.
  • the network of engravings 30 and complementary ribs is a multidirectional and repetitive geometric pattern.
  • the reinforcing effect acts substantially homogeneously in all directions.
  • the reinforcement effect will also be more directional.
  • the engravings are filled by a reinforcing reinforcement so that it is embedded in the compressed foam layer.
  • the engravings it is possible for the engravings to be produced by pressing a grid (of metal, fibers, etc.) into the surface of the compressed layer, and to leave this grid in place in the compressed foam layer when the latter is compressed. is integrated into the sandwich structure to strengthen.
  • sandwich structure according to the invention may comprise other additional elements, either at the core layer (reinforcing structures for example or multi-material cores), reinforcing layers (for example additional layers of protection or
  • the layer of compressed foam has a substantially uniform density over its entire extent (if not over its entire thickness). that the density of the layer is not uniform but on the contrary the foam layer has denser areas than others, these denser areas being for example arranged in areas subject to higher stresses.
  • the foam layer is made of several elements juxtaposed, each having undergone different compression rates, or being at constant compression ratio from foams of different initial densities. It is also possible to provide a one-piece multidensity layer. For this purpose, it is possible to form part of an initial foam layer having a uniform density but having a variable thickness. By subjecting it to a thermocompression operation during which the foam layer is brought to a substantially uniform thickness, the initially thicker areas will experience a higher compression ratio than the initially thinner areas, and will therefore be denser.
  • the sandwich structure is reinforced only on one of these faces. This is particularly true for a structure that is asymmetrically solicited.
  • the side of the structure which is most likely to undergo compressive forces perpendicular to the plane of the plates of the structure, and / or of the side of the structure for which the reinforcing layer is subjected to is preferably reinforced. compression in his plane.

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Abstract

L'invention propose une structure stratifiée de type sandwich comportant au moins une première couche noyau (12) en matériau alvéolaire, une première couche de renfort (14) liée à une première face de la première couche noyau (12), et une seconde couche de renfort (14) du côté liée à la seconde face de la couche noyau, caractérisée en ce que la structure stratifiée comporte au moins, entre la première couche noyau (12) et la première couche de renfort (14), une couche de mousse compressée (16) liée à ces deux couches.

Description

STRUCTURE STRATIFIEE SANDWICH PERFECTIONNEE
L'invention se rapporte au domaine des structures stratifiées de type sandwich, c'est-à-dire des structures comportant au moins trois couches de matériaux superposées, l'une des couches, appelée couche noyau, comportant un matériau alvéolaire (pas ou peu compressible), et étant liée, sur chacune de ses faces, à un matériau de renfort. Ces couches de matériau présentent généralement une dimension (épaisseur) très inférieure à leurs autres dimensions, et les couches de renfort présentent généralement une épaisseur d'au moins 5 à 10 fois inférieure à l'épaisseur de la couche noyau. Dans tous les domaines d'applications, les structures stratifiées sandwichs sont appréciées pour le très bon rapport qu'elles affichent entre leur poids et leur résistance mécanique, notamment du point de vue de leur rigidité en fléchissement.
Dans une structure stratifiée sandwich, les couches sont liées entre elles, par toute forme de collage, de soudure etc., de telle sorte que la flexion de la structure se traduit par une sollicitation des couches de renfort (minces) essentiellement en traction ou en compression, la couche noyau (plus épaisse) étant essentiellement sollicitée en compression dans le sens de son épaisseur, et en cisaillement dans son plan général.
De la sorte, pour la couche noyau, 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 de renfort, 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 œuvre. Cependant, d'autres matériaux de renforts sont utilisables, telles que des métaux (notamment raluminium), du bois, ou des matières plastiques à bonnes caractéristiques mécaniques.
Bien qu'une structure stratifiée sandwich comportent essentiellement trois couches liées entre elles, elle peuvent comporter des couches complémentaires, soit sous la forme de couches externes superposée sur l'un ou l'autre des couches de renfort, soit sous la formes de couches intermédiaires agencées entre une couche de renfort et la couche noyau. Dans ce dernier cas, il est important de conserver une bonne adhésion entre les différentes couches pour que les efforts de cisaillement puissent être transmis d'une couche à l'autre.
L'invention pourra trouver à s'appliquer dans de nombreux domaines, dont notamment ceux de la construction navale, aéronautique, ferroviaire ou automobile. Elle pourra aussi d'appliquer au domaine des engins de sports tels que les engins de glisse.
Malgré leurs très bonnes performances mécaniques intrinsèques, l'homme du métier cherche toujours à améliorer les structures stratifiées composites notamment en cherchant à optimiser le ratio entre la performance mécanique, le poids et le coût, notamment en vue des contraintes spécifiques liées à la production et à l'utilisation des engins de glisse.
Dans ce but l'invention propose une structure stratifiée de type sandwich comportant au moins une première couche noyau en matériau alvéolaire, une première couche de renfort liée à une première face de la première couche noyau, et une seconde couche de renfort du côté liée à la seconde face de la couche noyau, caractérisée en ce que la structure stratifiée comporte au moins, entre la première couche noyau et la première couche de renfort, une couche de mousse compressée liée à ces deux couches.
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 schématique en perspective éclatée d'un échantillon de structure sandwich selon un premier mode de réalisation de l'invention ; la figure 2 est une vue en coupe de l'échantillon de la figure 1 ; la figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 1 illustrant un deuxième mode de réalisation de l'invention ; la figure 4 est une vue similaire à celle de la figure 1 illustrant un troisième mode de réalisation de l'invention.
On a illustré sur la figure 1, en perspective éclatée, un premier exemple d'un échantillon d'une structure sandwich 10 selon l'invention. Dans la suite du texte, le notions de « supérieure », « inférieure », « haut » et « bas » seront utilisées en référence aux dessins annexés, et uniquement afin de faciliter la compréhension de la description, sans avoir de caractère limitatif vis-à-vis de la portée de l'invention.
Cette structure est ici composée de couches en forme de plaques, en ce sens qu'elles présentent une dimension (leurs épaisseurs respectives) très inférieure à leurs deux autres dimensions respectives. Ces plaques sont essentiellement planes, mais elles pourraient être courbées en deux ou en trois dimensions, développàbles au sens mathématique ou non.
La structure sandwich 10 comporte donc une couche noyau 12 en matière alvéolaire sur les deux faces de laquelle sont agencés des couches de renfort 14.
Dans les exemples qui seront décrits ci-dessous, la matière alvéolaire de la couche noyau 12 est choisi parmi les mousses, notamment parmi les mousses dites rigides.
En effet, l'homme du métier a pour habitude de classifier les mousses de matière plastique en mousses souples d'une part et en mousses rigides d'autre part. Les mousses rigides ont une faible élasticité en ce sens que dès que l'effort de compression dépasse une certaine valeur, elles se déforment par effondrement, de manière irréversible ou très peu réversible. Parmi les mousses rigides, on peut citer certaines mousses de polyuréthanes, les mousse de polystyrène expansé et les mousse de polystyrène extradé qui sont généralement utilisées sous la forme de pains de mousse pour former les noyaux des planches de surf traditionnelles. De mêmes, certaines mousses de PVC ou de polyimides utilisées généralement comme âme dans les structure sandwich font partie des mousses dites rigides. Au contraire, les mousses de poly-oléfines expansés, notamment de polypropylène voire de polyéthylène, sont généralement considérées par l'homme du métier comme étant des mousses souples, notamment par leur capacité à pouvoir subir de grandes déformations dans le domaine élastique. Dans les exemples plus particulièrement étudiés, le matériau du noyau 12 est une mousse de polystyrène extradée telle que celle commercialisée par la société « The Dow Chemical Company » sous la marque « Styrofoam » et sous la référence « HD300 ». Cette mousse a une densité de 45 kg/m3.
Cependant, tout autre matériau alvéolaire peut être envisagée, notamment tout matériau alvéolaire de moins de 150 kg/m3, tel que la plupart des mousses de matière plastique.
Le couches de renfort 14 sont avantageusement des couches de matériau composite tels que des fibres (verre, carbone, aramide, ou leur mélanges) imprégnées ou noyées dans une résine (thermoplastique ou thermodurcissable, par exemple de type polyester ou époxy). Les fibres seront de préférence choisies parmi des fibres longues tissées, avec la possibilité de superposer plusieurs tissus (identiques ou différents, avec différentes orientations de fibres) au sein d'une même couche de renfort 14.
Selon l'invention, la structure sandwich 10 comporte, entre la couche noyau 12 et une au moins des couches de renfort 14 (en l'occurrence la couche de renfort supérieure sur les dessins), une couche de mousse compressée 16 qui est liée directement ou indirectement à ces deux couches 12, 14.
Par couche de mousse compressée, on entent un couche de mousse, notamment de matière plastique, qui aura subit une opération de compression avec déformation plastique, passant ainsi d'un premier état stable à un second état stable dans lequel la couche de matière présente une épaisseur inférieure à son épaisseur initiale, ceci de façon permanente. D. s'ensuit qu'au cours de cette opération de compression, la mousse aura vu sa masse volumique apparente augmenter dans un rapport sensiblement équivalent à celui de la diminution de son épaisseur.
L'opération de compression sera généralement réalisée sous la forme d'une opération préalable à l'assemblage de la structure composite.
De préférence, cette opération de compression sera une opération de thermocompression, c'est-à-dire effectuée en présence d'un apport de chaleur, pour amener la matière dans un état favorable à sa capacité de déformation plastique.
Dans le cas d'une mousse de polystyrène extradé du type mentionné précédemment, il a ainsi été possible de comprimer des plaques de mousse jusqu'à diminuer leur épaisseur dans un rapport de 2 à 12 fois, de préférence au moins 4 fois. Des plaques de 4 mm ont par exemple été ramenées à une épaisseur moyenne de 0.5 mm, soit un facteur de réduction d'épaisseur égal à 8, leur masse volumique apparente atteignant alors environ 360 kg/m3.
Avec d'autres mousses, ou d'autre taux de compression, on peut ainsi envisager d'utiliser d'obtenir une couche de mousse compressée ayant une densité comprise entre 150 et 500 kg/m3. De préférence, l'épaisseur de la couche de mousse compressée sera comprise entre 0.3 et 2 mm.
Dans les exemples plus particulièrement étudiés, on a cherché à obtenir une compression relativement uniforme de la mousse dans toute son épaisseur. Notamment, dans l'opération de thermocompression, on a cherché à avoir une montée en température de la matière sensiblement homogène dans toute l'épaisseur de la plaque. Ainsi, pour comprimer des plaques de 4mm jusqu'à une épaisseur de l'ordre de 0.5 mm, celles-ci ont été ont été mises sous presse à une température comprise entre 90 et 950C (soit légèrement au-dessus de la température de transition vitreuse du matériau), sous une pression de 8 bars, pendant une durée de l'ordre de plusieurs minutes.
Cependant, dans certains cas particuliers, on pourra au contraire chercher à créer une compression non homogène de la mousse, celle-ci étant par exemple plus comprimée à proximité de ses faces supérieures et inférieures qu'en son centre. Pour cela, il suffit par exemple que la thermocompression soit effectuée avec un temps de chauffage minimal avant la phase de compression proprement dite, de telle sorte que la plaque de mousse n'ait pas le temps de voir se température s'homogénéiser dans l'épaisseur. Sous l'effet de la pression, les parties les plus externes de la plaque seront plus facilement déformables que le cœur et seront donc plus comprimées.
Cette opération de thermoformage avec compression plastique pourrait aussi être effectuée directement en sortie de ligne de production de la mousse, par exemple par calandrage directement en sortie de l'extrudeuse pour le cas d'une mousse extradée.
La liaison entre les différentes couches de la structure sandwich (indispensable pour que les contraintes de cisaillement soient transmises d'une couche à l'autre et donc pour que la structure puisse fonctionner comme une structure sandwich et non comme un simple empilement), pourra être réalisée de différentes manières, selon les procédures connues de l'homme du métier pour réaliser des structures sandwich.
Tout d'abord, les couches de renforts, dans la mesure où elles sont composées de couches de fibres imprégnées de résine, seront liées à la couche noyau ou à la couche de mousse compressée par la dite résine. Dans le cas de couches de renfort constituées d'autres matériaux, elles pourront être liées à la couche adjacente par une colle appropriée.
Ensuite, concernant la liaison entre la couche de mousse compressée et la couche noyau, on pourra d'abord choisir un simple collage. On pourra aussi prévoir que ce collage soit renforcé par des fibres, tissées ou non tissées, longues ou courtes. Cette couche de colle renforcée de fibre forme alors une couche de matière composite intercalaire 15 entre la couche de mousse comprimée 16 et la couche noyau 12, ces deux couches étant alors indirectement liées l'une à l'autre par l'intermédiaire de la couche intercalaire 15 qui est liée au deux. Une telle variante de réalisation est illustrée à la figure 3. Cette couche intercalaire 15 peut être réalisée sous la forme d'une couche de renfort, par exemple associant fibres et résine, ou sous tout autre forme de couches de renfort telles que vues plus haut. La couche de mousse 16 ainsi compressée présente l'avantage d'avoir une grande résistance à toute nouvelle contrainte de compression selon un plan perpendiculaire à la structure. Elle protège donc la couche noyau de ce genre de contraintes qui peuvent apparaître par exemple lorsque la structure sandwich est sollicitée en flexion. En effet, dans ce cas, la couche de renfort 14 agencée du côté interne de la flexion (celle qui voit sa concavité augmenter) est sollicitée en compression dans son plan et peut donc avoir tendance à flamber vers l'intérieur, en direction de la couche noyau 12. Comme celle-ci est renforcée par la couche de mousse compressé 16, la couche de renfort 14 est mieux tenue, et flambera pour des taux de contraintes plus importants. De même, la structure sera plus résistance lorsque une charge ponctuelle sera appliquée perpendiculairement à sa surface renforcée. Ces avantages, et d'autres se retrouveront bien entendu avec des charges plus complexes.
De préférence, la couche de mousse compressée présente une épaisseur au moins quatre fois inférieure à l'épaisseur de la couche noyau. Cependant, pour que le poids de la couche de mousse compressée n'augment pas trop le poids de la structure, on aura intérêt à ce que le rapport d'épaisseur entre la couche noyau et la couche de mousse compressée soit encore supérieur, par exemple d'au moins 10.
Dans les deux premiers modes de réalisation de l'invention, la couche de mousse compressée est compressée de manière à présenter des faces supérieures et inférieures sensiblement lisses. Dans une autre variante de réalisation de l'invention illustrée à la figure 4, l'échantillon ne diffère du premier que par le fait que, selon un deuxième aspect de l'invention, la mousse compressée comporte, sur une de ses faces (en l'occurrence sur sa face supérieure agencée du côté de la couche de renfort supérieure 14), des gravures 30.
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 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.
La réalisation des gravures de peut être effectuées, avant, pendant, ou après l'opération de compression de la mousse.
Ainsi, dans le cas où la mousse est soumis à une opération de thermocompression, 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 ou la presse (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 la couche de mousse compressée.
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. Les gravures 30 pourront présenter diverses géométries. En section, les gravures pourront par exemple avoir une forme en V, une forme à flancs parallèles et à fond arrondi, ou présenter une forme évasée. 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 deux réseaux croisés de lignes parallèles dessinant des cellules en parallélogrammes (losanges, rectangles, carrés, etc.).
Les gravures pourront avoir une profondeur de l'ordre 0.1 mm à 0.5 mm, voire plus pour des couches de mousse compressée relativement épaisses. A la limite, la profondeur des gravures pourra être juste inférieure à l'épaisseur de la couche de mousse compressée, par exemple de l'ordre de 0.9 fois l'épaisseur. Dans ce dernier cas, les gravures rendront la couche de mousse compressée particulièrement flexible et apte à épouser une former tridimensionnel complexe, même non développable.
Selon un aspect de l'invention, lorsque la couche 14 adjacente est une couche composite, les gravures 30 sont prévues pour être remplies par la résine qui forme la matrice du matériau composite de la couche adjacente. Cette couche adjacente est, dans la figure 4, la couche de renfort supérieure 14. De la sorte, la couche de matériau composite 14 présente, sur sa surface d'interface avec la couche de mousse compressée 16, des nervures en relief dont la forme est directement complémentaire de la forme des gravures 30 de la couche de mousse compressée 16.
Plusieurs modes de réalisation sont possibles pour assurer que la résine de la couche adjacente 14 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 de mousse compressée 16, de préférence avant que la première couche de résine n'ait complètement polymérisé, de manière à assurer une bonne cohésion 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 de mousse compressée 16. 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. Par ailleurs, lorsqu'il est prévu que les gravures soient remplies de résine, il est particulièrement important que les gravures soient peu profondes et peu larges. En effet, dans le cas contraire, le remplissage de gravures consommerait une quantité importante de résine, ce qui pourrait alourdir de manière non négligeable la structure. Le réseau de nervures de résine qui est ainsi créé à l'interface entre la couche de mousse compressée 16 et la couche de renfort composite 14, 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 de mousse compressée.
Deuxièmement, les nervures permettent d'augmenter les performances mécaniques de la structure, notamment du fait que la couche composite se trouve renforcée par les nervures et est notamment plus résistante au flanibement 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 ci-après. Dans l'exemple illustré, le réseau des gravures 30 et des nervures complémentaires 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.
Le principe de la réalisation d'un réseau de gravures, qui vient d'être décrit lorsque appliqué sur l'une des faces de la couche de mousse compressé, peut être repris et appliqué sur l'autre face de la couche de mousse compressée 16 (donc celle tournée vers la couche noyau 12), voire même sur l'une et/ou l'autre des faces de la couche noyau 12.
En variante, on peut prévoir que les gravures soient remplies par une armature de renfort de telle sorte que celle-ci se trouve incrustée dans la couche de mousse compressée. Ainsi, on peut prévoir que les gravures soient réalisées en pressant une grille (de métal, de fibres, etc...) dans la surface de la couche compressée, et de laisser cette grille en place dans la couche de mousse compressée lorsque cette dernière est intégrée dans la structure sandwich à renforcer.
Les précédents modes de réalisation ont été décrits dans le cadre de structures sandwich généralement planes, mais l'invention pourra aussi être appliquée dans le cas de structures sandwich de géométries plus complexes, notamment tridimensionnelles. De même, les structure sandwich selon l'invention pourront comporte d'autres éléments additionnels, soit au niveau de la couche noyau (des structures de renforts par exemple ou des noyaux multi- matériaux), des couches de renfort (par exemple des couches additionnelles de protection ou des couches de renfort multi-matériaux, ou des éventuelles couches intermédiaires. Dans les deux exemples précédents, la couche de mousse compressée présente une densité sensiblement uniforme sur toute son étendue (si ce n'est sur toute son épaisseur). Cependant, on pourrait prévoir que la densité de la couche ne soit pas uniforme mais qu'au contraire la couche de mousse présente des zones plus denses que d'autres, ces zones plus denses étant par exemple agencées dans des zones soumises à de plus fortes contraintes. Pour ce faire, on peut prévoir que le couche de mousse soit en réalisées en plusieurs éléments juxtaposés, chacun ayant subit des taux de compression différents, ou étant réalisés, à taux de compression constant, à partir de mousses de densités initiales différentes. On peut aussi prévoir de réaliser une couche multidensité monobloc. Pour cela, on peut partie d'une couche de mousse initiale présentant une densité uniforme mais ayant une épaisseur variable. En lui faisant subir une opération de thermocompression au cours de la quelles la couche de mousse est amenée à une épaisseur sensiblement uniforme, les zones initialement plus épaisses auront subit un taux de compression supérieur aux zones initialement moins épaisses, et seront par conséquent plus denses.
Dans les exemples décrits précédemment, la structure sandwich est renforcée uniquement sur l'une de ces faces. Ceci est valable plus particulièrement pour une structure qui est sollicitée de manière asymétrique. Dans ce cas, on renforcera de préférence le côté de la structure qui est le plus susceptible de subir des efforts de compression perpendiculaire au plan des plaques de la structures, et/ou du côté de la structure pour lequel la couche de renfort est sollicitée en compression dans son plan. Dans le cas d'une structure sollicitée de manière plus symétrique, on pourra prévoir qu'elle soit renforcée par une couche de mousse comprimée sur les deux faces de son noyau, éventuellement avec des couches de mousse comprimée différentes de chaque côté.

Claims

REVENDICATIONS
1. Structure stratifiée de type sandwich comportant au moins une première couche noyau (12) en matériau alvéolaire, une première couche de renfort (14) liée à une première face de la première couche noyau (12), et une seconde couche de renfort (14) du côté liée à la seconde face de la couche noyau, caractérisée en ce que la structure stratifiée comporte au moins, entre la première couche noyau (12) et la première couche de renfort (14), une couche de mousse compressée (16) liée à ces deux couches.
2. Structure stratifiée selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche de mousse compressée (16) est réalisée par une opération de compression avec déformation plastique.
3. Structure stratifiée selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'opération de compression avec déformation plastique permet de réduire l'épaisseur du matériau de base d'un facteur au moins 4.
4. Structure stratifiée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'opération de compression est une opération de thermoformage avec compression plastique de la mousse.
5. Structure stratifiée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le couche de mousse compressée (16) présente une épaisseur au moins quatre fois inférieure à l'épaisseur de la couche noyau (12).
6. Structure stratifiée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche de mousse compressée (16) présente une épaisseur au moins dix fois inférieure à l'épaisseur de la couche noyau (12).
7. Structure stratifiée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche de mousse compressée (16) présente une épaisseur comprise entre 0.3 et 2 mm.
8. Structure stratifiée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche de mousse compressée (16) présente une masse volumique apparente comprise entre 150 et 500 kg/m3.
9. Structure stratifiée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche de mousse compressée (16) comporte de la mousse de polystyrène extradé.
10. Structure stratifiée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'une couche intercalaire (15) de matériau composite est intercalée entre la couche noyau (12) et la couche de mousse compressée (16).
11. Structure stratifiée selon la revendication 10, caractérisée en ce que la couche intercalaire (15) de matériau composite comprend des fibres enrobées dans une résine.
12. Structure stratifiée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la première couche renfort (14) comporte un matériau composite comprenant des fibres enrobées dans une résine.
13. Structure stratifiée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le matériau alvéolaire de la couche noyau (12) présente une masse volumique apparente inférieure à 150 kg/m3.
14. Structure stratifiée selon la revendication 13, caractérisée en ce que le matériau alvéolaire de la couche noyau (12) comprend une mousse de polystyrène extradé.
15. Structure stratifiée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche de mousse renforcée (16) comporte des gravures (30).
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