Brevet FR2012224A1 — publié le 19700313

La présente invention concerne tui procédé et un appareil pour maintenir sous tension longitudinale un fil de matériau filamenteux soumis à une pyrolyse dans la production, à partir de celui-ci, d'un matériau carboné filamenteux. 5 On sait produire des filaments de carbone ayant une grande résistance à la tension et un module d'élasticité éieTé par pyrolyse contrôlée de matériaux filamenteux earbonisables^ tels que des fils constitués de filaments organiques, en particulier de polymères et de copolymères d'acrylonitrile«, 10 Un but de l'invention est d'empêcher un rétrécissement linéaire du fil en matériau filamenteux lorsque l'on soumet ce fil à une pyrolyse continue contrôlée, telle que celle que l'en effectue dans un four à travers lequel on fait passer le fil, pour produire des filaments de carbone, généralement appelés fibres de carbone. 15 Selon l'invention, un procédé pour maintenir le fil sous ten sion longitudinale comprend l'amenée en continu du fil longitudina-lement pour être enroulé en spires espacées autour d'une cage composée d'au moins trois rouleaux dont les axes de rotation sont; oblisp.ee par rapport à l'axe longitudinal de la cage et la mise en rotatios 20 effective d'au moins un des rouleaux , afin de conduire le fil autour de la cage de manière sensiblement hélicoïdale, chacune des spires du fil étant en contact avec un arc de la surface de chacun des rouleaux transversalement par rapport à l'axe de celui-ci et sensiblement tangentiellement d'un rouleau à lsautre. 25 Le terme "fil" comprend les filaments filés continus et les fibres coupées de matériau carbonisable tel qu'un polymère ou un copolyaère d*acrylonitrile ou de rayonne viscose. De même, bien que chaque filament de matériau ait de préférence une section droite sensiblement circulaire, le fil peut avoir des formes de. section 30 droite variées y compris une forme légèrement aplatie ou être en forme de ruban à savoir être par exemple une bande de filaments légèrement étalée latéralement. Pour obtenir de meilleurs résultats en ee qui concerne la vitesse constante d'introduction du fil dans la cage et de sortie 35 de la cage, et la régularité des spires espacées, les rouleaux doi« vent être identiques et doivent tcrarillonner par leurs extrémités également espacées autour de cercles d'engrènement (cercles primitifs) coaxiaux de même diamètre, les extrémités des rouleaux à l'une des extrémités de la cage étant toutes disposées autour de leur 40 cercle d'engrènement hors d'alignement parallèle avee les autres 69 22334 2 2012224 extrémités suivant un très petit angle afin que les rouleaux axent tous la même obliquité par rapport à 1* axe de la cage. La vitesse de rotation des rouleaux doit être uniforme et constante et ceci peut être réalisé par un entraînement à chaîne en commun par exemple. 5 II n'est pas nécessaire que tous les rouleaux d'une sage soient moteurs, quelques uns peuvent tourner fous, pourvu qu'il y ait suffisamment de rouleaux moteurs pour enrouler le fil uniformément et régulièrement 0 L*appareil pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention 10 comprend de préférence une cage constituée d'un bâti et d'au moins une série d'au moins trois rouleaux tourillonnant dans le bâti par leurs extrémités dans des paliers également espacés autour de cercles primitifs coaxiaux de même diamètre entre une extrémité de la série de rouleaux et l'autre, les paliers de la série respective de 15 rouleaux à l'une des extrémités du bâti étant montés sur un support mobile pivotant eoaxialement auxdits cercles primitifs, des moyens étant prévus pour placer le support dans une position réglée angulai-rement^autour de son axe de pivotement» Deux ou plus de deux séries de rouleaux ou de cages de rouleaux 20 peuvent être prévues coaxialement, l'une à l'intérieur de l'autre, avec des entraînements moteurs Indépendants ou un entraînement moteur commun» Avec un tel dispositif, un fil peut s'enrouler autour des rouleaux en série ou deux fils ou plus peuvent s'enrouler autour des séries de rouleaux respectives pour être traitées siœul-25 tanémento L'invention est illustrée, à titre d'exemple, sur le dessin annexé, dans lequel : - la figure 1 est une vue par une extrémité d'un appareil simple S 30 — la figure 2 est une coupe vert-iaale suivant la ligne II—II de la figure 1 ; et - la figure 3 est -une vue schématiqiie par une extrémité, à peu près semblable à celle ûe la figure îL, illustrant l'utilisation de multiples séries de rouleauxe 35 Coasse le montrent- les figures t et 2S on forme une cage en disposant trois rouleaux eyliacïriçise®,. 2 et 3» symétriquement autour dhaa arbre d^aligneaeiii 4 .et à égaie distance de celui-ci. Les rouleaux tourilionnent sur des paires de paliers auto-centreurs 5 qui sont montés sue* une paroi du bâti 6 à une extrémité des rou-40 l©aux et sur un support mobile 7 pivotant de façon réglable à leur BAD ORIGINAL 22334 3 2012224 autre extrémité. L'arbre d'alignement 4 est logé dans une paire de manchons 8 et 9 montés respectivement dans les parois 6 et 10 du bâti qui sont ainsi alignées de façon précise sur la base 11 du bâti. 5 La plaque 7 peut pivoter autour du bord 9a du manchon 9» comme sur un coussinet de palier, et des goujons 12 sont situés sur la plaque et dépassent de celle-ci par des encoches en forme d'arc 13 dans la partie 10 du bâti, de sorte que la plaque peut être réglée angulairement et bloquée contre la paroi 10 du bâti par des écrous 10 de serrage 14. Les rouleaui dépassent de la paroi 6 du bâti, de sorte que l'on peut y relier -un dispositif d'entraînement approprié, comme un entraînement à chaîne et à pignon (non représenté) pour entraîner les rouleaux à une vitesse constante et dans la même direction. 15 Pendant l'utilisation, on tourne légèrement la plaque pivotaate 7, pour donner aux rouleaux une petite inclinaison à l'écartement par rapport à leur parallélisme réciproque, de sorte qu'ils sont légèrement obliques par rapport à l'axe longitudinal de la cage représenté par l'arbre d'alignement 4. L'angle de réglage nécessaire pour 20 donner un angle de spire efficace est très petit. Par exemple, avee des rouleaux de 2 m de long, sensiblement moins cfcm degré de réglage est suffisant. Après réglage, la plaque 7 est bloquée à la paroi 10 du bâti par serrage des écrous 14. On noue autour de la cage de rouleaux une boucle de départ 25 avec un fil de matériau filamenteux 15 et on met en marche l'entraînement des rouleaux. L'inclinaison et la rotation des rouleaux font que la boucle est amenée longitudinalement sur les rouleaux formant un enroulement hélicoïdal derrière la boucle et le long de la cage® Le fil 15 passe sur un arc de surface de chaque rouleau, transver-30 salement par rapport à l'axe de ceux-ci, et s'étend tangentiêlle-aent de rouleau en rouleau mais, en raison de l'inclinaison de l'as® des rouleaux, chaque enroulement du fil progresse latéralement le long de la cage et ainsi on forme un enroulement hélicoïdal. Ainsi5 le matériau filamenteux n'est pas soumis à un entraînement latéral 35 quand il est en contact avee les rouleaux, la progression du fil le long de la cage se faisant entre les rouleaux. Quand on a formé un enroulement hélicoïdal complet du fil sur la page de rouleaux , on défait la boucle de départ et l'extrémité de départ 15a du fil est déroulée et attachée à une bobine ou un 40 dispositif analogue pour le fil éventuellement carbonisé. 69 22334 4 2012224 la cage, chargée de fil enroulé en hélice, est ensuite enfermée dans un four de pyrolyse, à la manière connue, pendant que l'on entraîne les rouleaux et que le fil entre et sort en continu de 1*appareil. On commande la vitesse d'entraînement des rouleaux pour 5 obtenir le temps nécessaire au traitement du fil pendant que celui-ci passe autour de la cage de rouleaux dans le four» Pendant le traitement, et particulièrement pendant la période initiale de la pyrolyse, la tendance au rétrécissement du fil peut être très forte et de ce fait, pour résister à la contrainte impor-10 tante imprimée par un grand nombre de spires de fil autour de la cage de rouleaux, les rouleaux doivent être solides et rigides et maintenus dans de larges supports. Pour des températures dans le four allant jusqu'à 400°C environ s les rouleaux et les autres parties de l'appareil peuvent être 15 faits en métal, par exemple en acier, mais pour des températures supérieures on peut employer des matériaux réfractaires tels que le graphite ou la céramique mécanique dans la construction et la protection des éléments de l'appareil. * En raison de l'obliquité des rouleaux, la circonférence de la 20 cage de rouleaux, c'est-à-dire la plus petite distance autour des rouleaux, diminue légèrement vers le milieu des rouleaux, si bien que les spires intermédiaires du fil peuvent subir un rétrécissement légèrement plus important au milieu de la cage à rouleaux qu'à ses extrémités. On peut négliger un tel rétrécissement mais il peut 25 être compensé en utilisant des rouleaux ayant un profil longitudinal convexe, c'est-à-dire des rouleaux en forme de tonneau. Pour des effets spéciaux, en commandant ou en permettant le rétrécissement par exemple, on peut utiliser des rouleaux ayant tua profil spécial, soit convexe, soit concave, c'est-à-dire plus fins en leur 30 milieu o Dans l'appareil des figures 1 et 2, on ne représente que trois rouleaux mais on peut utiliser un grand nombre de rouleaux et aussi plusieurs séries de rouleaux comme on l'illustre schématiquement figure 3. 35 la figure 3 montre trois séries généralement coaxiales de quatre rouleaux B^""^* et * Chaque série de rouleaux cons titue une cage individuelle à position fixe, avec paliers auto-centreurs à une extrémité, dans une paroi du bâti correspondant à la paroi 6. Les paliers à l'autre extrémité sont montés sur un 40 support mobile angulairement réglable, correspondant au plateau 7, bad ORIGINAL 69 22334 5 2012224 pour chaque série» Les paliers de chaque série de rouleaux sont placés sur des cercles primitifs coaxiaux égaux et on peut régler angulairement indépendamment chaque support mobile pour donner à sa série respective de rouleaux l'obliquité désirée» 5 On amène d'abord un fil 15 et on le boucle autour d'une extré mité de la série A de rouleaux située le plus à 1'intérieur de l'appareil et on l'enroule hélicoïdalement sur celle-ci» comme on l'a décrit ci-dessus en référence aux figures î et 2. À partir de l'autre extrémité de la série As on amène alors le fil à une extré-10 mité de la série médiane B et de façon analogue on l'enroule dessus® De la série B, on fait passer le fil sur la série extérieureG en opérant comme précédemment-avant de récupérer l'extrémité 15a du fil que l'on attache à la bobine réceptrice ou à un dispositif axtalogaeQ On entraîne les rouleaux à une vitesse imiforme pour donner 15 une vitesse linéaire d'amenée uniforme au fil. Cependant on voit que la série médiane B est entraînée dans la direction opposée à celle des séries A et C. On place ensuite l'appareil initialement chargé avec du fil dans un four et on effectue le traitement tout en introduisant en 20 continu le fil dans l'appareil. 69 22334 6 2012224 BBTgHDICtffICBS 1«- Procédé de maintien sous tension longitudinale d'un fil de matériau filamenteux soumis à un traitement par pyrolyse pour la production, à partir de celui-ci» de matériau carboné filamenteux, caractérisé en ce qu'on amène en continu du fil longitudinalement 5 pour l'enrouler en spires espacées autour d'une cage composée d'au moins trois rouleaux dont les axes de rotation sont obliques par rapport à l'axe longitudinal de la cage, en ce qu'on entraîne positivement en rotation au moins un des rouleaux de façon à tirer le fil autour de la cage suivant un trajet sensiblement hélicoïdal, 10 chacune des spires étant en contact aveo un arc de la surface de chacun des rouleaux transversalement par rapport à l'axe de rotation de celui-ci et sensiblement tangentiellement de rouleau en rouleau. 2.- Appareil pour le maintien sous tension longitudinale d'un 15 fil de matériau filamenteux soumis à un traitement par pyrolyse pour la production, à partir de celui-cis de matériau carboné fila- «■ menteux, caractérisé en ce qu'il comprend une cage constituée par un bâti et au moins une série d'au moins trois rouleaux qui tourilkn-nent dans le bâti par leurs extrémités -dans des paliers espacés aagu-20 lairement de façon analogue autour de cereles primitifs coaxiaux à une extrémité de la série de rouleaux et à l'autre, les paliers de la série respective de rouleaux à l'une des extrémités du bâti étant montés sur un support mobile pivotant coaxialement auxdits cereles primitifs, des moyens étant prévus pour placer le support mobile 25 dans une position réglée angulairement autour de son axe de pivotement » 3.- Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit bâti comprend des parois d'extrémité et un axe d'alignement, coaxial auxdits cercles primitifs, entre des manchons dans lesdites 30 parois. 4«— Appareil selon la revendication 3* caractérisé en ce que ledit support mobile est une plaque montée à pivotement autour de laun desdits manchons, lesdits moyens pour fixer le support mobile comprenant des goujons dans ladite plaque qui dépassent de celle-ci 35 par des encoches en forme d*arc dans la paroi d'extrémité respective et portent des moyens pour le blocage de ladite plaque dans une position réglée angulairement sur la paroi d'extrémité respective.