CH635003A5

CH635003A5 - Ski stratifie.

Info

Publication number: CH635003A5
Application number: CH871179A
Authority: CH
Inventors: Andre Wieme
Original assignee: Bekaert Sa Nv
Priority date: 1978-09-28
Filing date: 1979-09-27
Publication date: 1983-03-15
Also published as: FR2437225B1; FR2437225A1; ATA636979A; AT368011B; US4412687A

Description

La présente invention est relative à un ski réalisé en un matériau stratifié.

Actuellement, les skis sont souvent fabriqués en matière synthétique, et plus particulièrement ils ont une construction dite en «sandwich» dans laquelle une âme de faible masse spécifique est enfermée par des couches de résine armée de fibres de verre. L'âme peut être constituée par des éléments tubulaires juxtaposés. Il est également connu de réaliser des skis de neige comportant une âme en matière plastique mousse entourée sur deux côtés par des couches de caoutchouc. Il est connu du brevet US N° 3689731 d'utiliser des matériaux ayant des propriétés d'absorption d'énergie dans des skis de neige stratifiés afin d'amortir les vibrations des extrémités du ski. En fait, lorsque les spatules ou les talons du ski commencent à vibrer ou à flotter ou ce qui est encore pire lorsqu'ils entrent en résonance par l'effet du glissement sur des irrégularités de la piste de ski, la stabilité et la capacité de direction du ski diminuent considérablement ce qui peut être gênant et même dangereux.

Suivant l'invention, on satisfait à cette nécessité d'amortissement au moyen d'une construction stratifiée simple du ski grâce à laquelle la résistance à la rupture peut également être considérablement augmentée. Le ski selon l'invention est défini par la revendication 1. La matière ayant les propriétés du caoutchouc peut contenir une résine thermo-plastique (souple) et/ou un élastomère. Un élastomère vulca-nisable est tout à fait approprié. Le matériau analogue à du caoutchouc procure un meilleur amortissement des vibrations libres du ski. Cet amortissement peut être attribué en partie à la capacité d'amortissement inhérente du matériau ayant les propriétés du caoutchouc et en partie au frottement et à la déformation des fibres noyées dans cette couche. Dans des conditions de charge dynamiques, le comportement visco-élastique du ski est amélioré: en dehors d'un comportement élastique, caractérisé par un module d'élasticité E' augmenté par l'introduction de fibres dans la couche de matière analogue à du caoutchouc, la capacité d'amortissement est déterminée par un module de perte E". La couche de matière analogue à du caoutchouc présente de préférence une bonne souplesse et une bonne capacité inhérente d'amortissement dans une plage étendue de températures (—40°Cjusqu'à +60°C) ainsi que de bonnes propriétés d'adhérence aux fibres incorporées.

L'incorporation de fibres ayant des résistances élevées à la traction (résistance à la traction > 2000 N/mm2) et un module E élevé (>7-104 N/mm2) augmente également la résistance et la rigidité du ski. Les fibres sont choisies de préférence parmi les matières telles que les fibres de verre, de carbone, de bore, de polyamide, de polyara-mide, de polyester et/ou de métal, ou des fils métalliques. On peut utiliser des fibres de matériaux différents. Les fibres sont introduites ou incorporées sous forme de faisceaux de fibres torsadés. Les fibres s'étendent de préférence en majorité dans le sens longitudinal du ski, en particulier lorsque ce dernier doit présenter une résistance élevée à la traction et un module E élevé. Ceci offre simultanément deux avantages: d'une part une augmentation de la capacité d'amortissement et d'autre part une augmentation de la rigidité du ski. Les câblés d'acier sont particulièrement appropriés pour être incorporés dans la matière fibreuse. La réalisation avec des câblés d'acier dans la couche supérieure peut différer de celle de la couche inférieure. La couche porteuse du ski présente de préférence une masse spécifique comprise entre 45 g/dm3 et 1000 g/dm3 et peut par conséquent être constitué de bois de balsa, de matière thermo-plastique mousse (par exemple de la mousse ABS), de la mousse de polyuréthanne, de la mousse de polyméthacrymilide ou des structures en nid d'abeilles (par exemple en bandes d'aluminium). Si on le désire l'âme en matière mousse peut être renforcée de fibres.

On a en outre constaté qu'il était avantageux de prévoir une couche particulière d'ancrage entre la couche fibres de verre/résine époxy (qui entoure alors l'âme en matière légère) et la ou les couches de matière analogue à du caoutchouc lorsque l'adhérence entre les deux est seulement modérée (par exemple dans le cas de caoutchouc ordinaire). Cette couche intermédiaire peut améliorer également, en dehors de l'adhérence, l'ancrage mécanique entre la couche époxy/ fibres de verre et la couche analogue à du caoutchouc. A cette fin, elle peut par exemple contenir un tissu de fibres de verre dont une face plane est partiellement noyée dans la couche analogue à du caoutchouc, tandis que l'autre face est noyée dans la couche époxy visqueuse, cet agencement étant réalisé lors de la fabrication du ski.

Suivant un mode de réalisation particulièrement préféré du ski suivant l'invention, la couche de matière rigide est enfermée par la matière analogue à du caoutchouc contenant des fibres incorporées. Les fibres doivent s'étendre sur au moins une partie des faces planes du ski. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication dans un moule d'un ski ayant une âme enveloppée.

Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre faite en se référant aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemples et dans lesquels :

la fìg. 1 est une vue en section transversale d'un ski comportant sur deux faces une matière analogue à du caoutchouc;

la fig. 2 est une vue en section transversale montrant la construc-

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tion d'un ski, dans laquelle l'âme rigide est enfermée dans une matière analogue à du caoutchouc.

Pour construire le ski représenté à la fìg. 1, on dispose deux bandes (carres) d'acier trempé à l'huile dans un moule, après quoi on applique sur lesdites carres, en tant que couche 4 analogue à du caoutchouc, une feuille de caoutchouc non vulcanisé d'une épaisseur de 1,2 mm, feuille dans laquelle on incorpore par extrusion des câblés 6 d'acier revêtu de laiton, de 5 x 0,25 (c'est-à-dire cinq fils de métal torsadés d'un diamètre de 0,25 mm) ayant un allongement à la rupture d'environ 1,5% et à raison de 3,5 cablés/cm dans la largeur de la feuille. Un tissu de fibres de verre (non représenté), de 300 g/m2 est appliqué sur la feuille de caoutchouc en tant que couche d'ancrage liée à cette feuille par vulcanisation dans les conditions normales de pression et de température afin de lier solidement les carres en acier et le tissu de verre à la couche de caoutchouc.

D'une façon analogue, une bande identique 5 de caoutchouc renforcé de câblé d'acier est disposée dans un second moule sur deux bandes 8 d'aluminium (servant d'organes de protection des bords supérieurs du ski) et est ensuite recouverte d'un tissu de verre formant une couche d'ancrage, et vulcanisée pour assurer une consolidation de l'ensemble.

Le premier élément stratifié 4,7 est alors disposé au fond du moule final du ski et il est prévu sur la face supérieure de la couche d'ancrage en tissu de verre quatre couches de faisceaux 11 unidirectionnels de filaments de verre imprégnés de résine époxy, disposés dans le sens longitudinal du ski. On forme sur cet élément l'âme du ski qui consiste en trois bandes juxtaposées 1 de bois de balsa entre lesquelles sont disposées des parois verticales 10 préalablement durcies d'une matière composite à base de fibres de verre et de résine époxy. Entre les bandes 1 et autour de celles-ci est enroulé un tissu de verre 2 imprégné de résine époxy dont la chaîne s'étend dans le sens longitudinal du ski. Autour de cette âme est enroulé un tissu analogue 3 de verre imprégné, mais de façon que la trame et la chaîne forment un angle d'environ 45° par rapport à l'axe longitudinal du ski. Une âme ainsi constituée présente des propriétés appropriées de résistance à la torsion.

On recouvre ensuite l'âme de nouveau avec environ six couches axiales de faisceaux 11 de filaments de verre imprégnés de résine époxy. Ces couches axiales de fibres de verre 11 au-dessous et au-dessus de l'âme servent principalement à augmenter la rigidité et la résistance du ski à la flexion dans le sens longitudinal.

Enfin la couche 5 de matière analogue à du caoutchouc, qui a été préalablement vulcanisée et pourvue des éléments 8 de protection des bords supérieurs et d'une couche d'ancrage en tissu de fibres de verre est disposée sur l'âme. Le moule est alors fermé et son contenu est durci à la température appropriée pendant quelques heures.

Ensuite après avoir retiré le ski du moule, une semelle 12 par exemple en polyéthylène et une feuille mince 9 thermo-plastique de finition (par exemple en ABS) sont collées sur le ski.

Le ski ainsi obtenu présente une longueur de 1,9 m et en son milieu une largeur de 68 mm et une épaisseur de 16,5 mm et il pèse 2,2 kg. Le ski non chargé repose normalement sur le sol par deux zones linéaires: une ligne de contact transversale A au voisinage de la spatule du ski incurvée vers le haut et une ligne de contact transversale B au voisinage du bord arrière du ski. Son comportement en amortissement a été essayé de la façon suivante: la partie arrière du ski a été fixée dans une pince et son. extrémité libre a été soumise à une seule charge de flexion appliquée perpendiculairement au plan du ski de telle sorte que ce dernier fléchisse, au point d'application de la charge, d'une flèche d'environ 5 cm. Après relâchement de l'extrémité du ski ainsi chargée, on a enregistré la diminution de la vibration (c'est-à-dire le retour à la position de repos) au moyen d'un appareil enregistreur. Le point auquel on a prélevé les vibrations est situé à 15 cm vers l'arrière du point de contact A du ski et la pince est située à 9 cm en arrière du point milieu du ski (vers son bord arrière).

Le décrément logarithmique j . a° 1 i ao d = ln— = ln—

ai n—1 an et le taux d'amortissement 8 = d/jt (%) ont été dérivés de la courbe de vibrations enregistrée. Pour une matière homogène le rapport des amplitudes successives de vibrations ap/ap+ [ (o <p < n — 1) est une constante. Cependant, du fait que le ski suivant l'invention présente une construction hétérogène, d et 8 diminuent suivant la disparition (amortissement) de la vibration. Dans le présent exemple, le taux d'amortissement et le décrément logarithmique ont été déterminés pendant la première seconde de la décroissance de l'amplitude de la vibration et comparés avec les valeurs correspondantes de différents skis disponibles dans le commerce qui ont fait l'objet d'essais analogues. On a trouvé pour le ski suivant l'invention que 8 = 4%, tandis que pour certains skis connus on a enregistré des valeurs plus faibles: 8 = 2,6%; 8 = 2,8%; 8 = 1,77%. Suivant ces essais, seuls les skis en bois présentent des taux d'amortissement plus élevés 8 = 5%. Ceci prouve que le comportement d'amortissement du ski suivant l'invention est déjà très proche de celui des skis en bois. Il est bien connu que les skis en bois se comportent mieux en amortissement que les skis ordinaires comportant des renforcements en fibres de verre ou des âmes en métal en nid d'abeilles.

Un autre paramètre d'amortissement important des skis est la vitesse avec laquelle la vibration disparaît (désignée par «taux de décroissance»)—D = 8,68 C (dB/s)

V a où C=ln 0 0 en fonction de d et de la fréquence fondamentale as i V¥

v„ = — — où m est la masse et k la constante d'élasticité du ski.

0 2ji m

Les amplitudes a0 et as des vibrations se rapportent ici aux valeurs mesurées au commencement de la vibration (a0), respectivement après une durée d'une seconde (as). Pour le ski suivant l'invention on a trouvé pour d une valeur moyenne de 29 dB/s qui est déjà très élevée. Il est évident que cette valeur peut encore être augmentée en augmentant la rigidité du ski tout en lui conservant à peu près la même masse. La fréquence fondamentale est alors accrue en donnant plus d'épaisseur à l'âme légère. De ce fait, suivant l'invention, il est possible de fabriquer des skis en matière synthétique ayant des propriétés d'amortissement améliorées et des résistances supérieures sans qu'il soit nécessaire de modifier les dimensions ou le poids de ces skis classiques. La construction du ski est par conséquent relativement simple. Si la couche analogue à du caoutchouc contient un caoutchouc vulcanisable, les bandes de métal ou carres peuvent être liées directement à cette couche pendant la fabrication du ski. Le fait que les bandes en acier soient liées à la matière analogue à du caoutchouc, de préférence sur toute leur longueur, réalise une sorte de montage flottant qui absorbe et dissipe les ondes de choc provenant de la spatule ou du talon et améliore ainsi le contrôle du ski à grande vitesse. La couche analogue à du caoutchouc, sur la face inférieure, peut être composée de façon à présenter des propriétés de glissement suffisantes pour être utilisée comme semelle pour le ski.

Le ski représenté à la fig. 2 est construit de la façon suivante:

Une âme 1 en matière légère et rigide, par exemple en bois de balsa, en mousse de matière plastique (par exemple en polyuréthanne ou en acide polyacrylique) ou une structure en nid d'abeilles (en aluminium) est coupée aux dimensions et à la forme appropriées, c'est-à-dire voisines de celles du ski fini. Cette âme est enfermée successivement dans deux tissus 2 et en fibres de verre imprégnés d'une résine thermo-durcissable. La chaîne (ou la trame) du tissu 2 s'étend dans le sens longitudinal du ski tandis que celle du tissu 3 forme un angle d'environ 45° avec l'axe longitudinal du ski. Ensuite on applique sur les faces planes de l'âme 1,2,3 des couches longitudinales 11 de filaments de verre imprégnés de résine et cette structure est enfermée par une autre feuille 3a de tissu de verre imprégné. Les couches 3 et 3a augmentent en particulier la résistance du ski à la torsion. Cette structure feuilletée de l'âme (1, 2, 3,11, 3a) est disposée dans un moule approprié et chauffée pour durcir la résine.

Cette structure alors durcie (1,2, 3,11,3a) est enveloppée dans une couche 5 de caoutchouc non vulcanisé ayant une épaisseur d'environ 0,75 mm et qui comprend deux séries de 40 câblés 6 en acier de

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5 x 0,175 (cinq fils métalliques torsadés d'un diamètre de 0,175 mm) avec un allongement à la rupture d'environ 1,5%, une série étant disposée au-dessous de la structure solidifiée et l'autre par-dessus elle, chacune sur une largeur d'environ 50 mm.

De ce fait, les bords latéraux de la structure solidifiée sont également recouverts de caoutchouc. Grâce à ce procédé de fabrication le traitement consécutif de collage des bords latéraux sur le ski et le redressement de ces bords sont supprimés; la fabrication est ainsi rendue encore plus simple.

On dispose ensuite les deux carres en acier 7 dans un second moule et on dispose entre elles une plaque rigide 13, cette plaque rigide étant par exemple réalisée en résine renforcée de fibres de verre orientées dans le sens longitudinal du ski. On dispose sur celle-ci l'âme qui est enfermée par le caoutchouc et recouverte par les bords supérieurs 8 en aluminium, et recouverte d'une autre couche rigide 13. Le moule est alors fermé et chauffé jusqu'à une température d'environ 150°C pendant 15 min afin de vulcaniser le caoutchouc et de lier et de consolider toutes les couches. Il est évident qu'il serait utile de pouvoir appliquer des adhésifs appropriés entre les couches 13 et 5, par exemple en appliquant un tel adhésif sur l'une des couches.

On colle enfin sur la surface supérieure du corps du ski ainsi réalisé une couche de finissage 9, par exemple à base de polymère acrylonitrile-butadiène-styrène et on colle sur la face inférieure une autre couche 12, par exemple en polyoxyméthylène.

A l'emplacement où les chaussures doivent être fixées, une plaque de renforcement appropriée est habituellement introduite dans la structure, cette plaque étant par exemple réalisée en aluminium et ayant une épaisseur de 0,5 mm.

Il est évident que des agents permettant le glissement peuvent être ajoutés au matériau analogue au caoutchouc.

Bien entendu l'invention n'est pas limitée à la fabrication des skis de neige, les bonnes propriétés d'amortissement des skis suivant l'in-5 vention combinées avec une résistance élevée à la rupture peuvent également être appliquées de façon avantageuse à d'autres skis tels que les skis nautiques et aux surfaces de glissement, par exemple aux bateaux glisseurs, aux hélicoptères, aux vélos-skis et aux traîneaux à neige entraînés par des chenilles.

io II est également possible d'obtenir un effet d'amortissement analogue en appliquant les fibres de façon telle dans la couche de matière analogue au caoutchouc qu'elles ne soient pas chargées de façon prédominante en traction ou en compression, mais qu'elles soient chargées en cisaillement et en torsion. On peut également appliquer sur 15 les bords latéraux du ski des bandes de matière analogue à du caoutchouc comportant des fibres noyées.

On estime que l'incorporation des fibres sous forme de faisceaux torsadés améliore de façon surprenante la capacité d'amortissement de la structure du ski. Les faisceaux de fibres, par exemple de câblé 20 d'acier, doivent présenter de préférence un allongement à la rupture compris entre 1,5% et 8%. Ainsi les filaments torsadés en spirale dans les faisceaux torsadés absorbent l'énergie lorsqu'ils sont chargés soit sous compression soit sous traction axiale. De même, la déformation élastique du matériau analogue à du caoutchouc qui l'en-25 toure et pénètre la structure des faisceaux augmente la capacité d'amortissement du ski.

Enfin les faisceaux torsadés dans les couches de matière analogue à du caoutchouc ne gênent pas le montage sur le ski des fixations pour les chaussures.

Claims

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REVENDICATIONS

1. Ski stratifié, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une couche de matière rigide qui est recouverte sur au moins une partie d'au moins l'une de ses faces planes d'une matière ayant les propriétés du caoutchouc dans laquelle sont noyés ou incorporés des faisceaux de fibres torsadés.
2. Ski suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la couche rigide a une masse spécifique inférieure à 1000 g/dm3.
3. Ski suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite matière ayant les propriétés du caoutchouc est une résine thermoplastique.
4. Ski suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la matière ayant les propriétés du caoutchouc est un élastomère thermo-plastique.
5. Ski suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la matière ayant les propriétés du caoutchouc est un élastomère vulca-nisable.
6. Ski suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les fibres noyées ou incorporées ont une résistance à la traction d'au moins 2000 N/mm2 et un module d'élasticité d'au moins 7 x 104 N/mm2.
7. Ski suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les faisceaux de fibres torsadés noyés ou incorporés ont un allongement à la rupture compris entre 1,5% et 8%.
8. Ski suivant la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que les faisceaux de fibres torsadés sont constitués par des câblés d'acier orientés dans le sens longitudinal du ski.
9. Ski suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'on applique une couche d'ancrage entre la matière ayant les propriétés du caoutchouc et la couche rigide.
10. Ski suivant l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la couche de matière rigide est enfermée dans la matière ayant les propriétés du caoutchouc contenant les faisceaux de fibres noyées, ou incorporées.
11. Ski suivant la revendication 10, caractérisé en ce que les faisceaux de fibres noyées ou incorporées s'étendent seulement sur une partie des faces planes du ski.
12. Procédé de fabrication d'un ski tel que défini dans la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que l'on entoure une âme rigide ayant à peu près les dimensions et la forme du ski fini avec une couche d'une matière ayant les propriétés du caoutchouc dans laquelle sont noyés ou incorporés des faisceaux de fibres, on dispose cette âme entourée dans un moule et on la lie par vulcanisation avec les carres de métal, on recouvre ensuite la structure vulcanisée avec des couches de finition et une semelle de glissement.