Brevet FR2008268A1 — publié le 19700116

î>9 15074 X 2008268 La présente invention a pour objet un procédé pour la détermination de la valeur d'une ou de plusieurs propriétés mécaniques (le module de Young, par exemple) d'une fibre telle que, par exemple, line fibre carbonifère formée à partir de polyacrylonitrile, 5 ou d*un matériau cellulosique. Selon l'invention, il est prévu un procédé pour l'examen d'une fibre présentant des cristallites dans une orientation préférée, en vue de déterminer la valeur d'une ou de plusieurs propriétés mécaniques de cette fibre, le procédé comportant la mesure de la 10 diffraction des rayons X ayant traversé la fibre transversalement et la déduction, à partir de ladite mesure, d'une ou de plusieurs desdites propriétés. la valeur de la propriété, ou des propriétés, est déterminée, de préférence, d'une manière continue, sur une longueur de ladite 15 fibre. ladite propriété mécanique peut être le module de Young. la diffraction peut être mesurée en disposant au moins un premier détecteur, de telle sorte qu'il reçoive, pratiquement une indication maximale, au moins un second détecteur, de telle sorte 20 qu*il reçoive une indication dont l'amplitude par rapport à l'indication maximale est connue, et en déterminant les positions relatives des premier et second détecteurs. Un premier détecteur et l'un des seconds détecteurs peuvent être disposés de manière à être placés sur un rayon commun d'un 25 cercle, et ledit premier détéeteur, ainsi qu'un autre desdits seconds détecteurs, peuvent être disposés de manière à être placés sur la périphérie dudit cercle. l'invention comprend également un appareil pour l'examen d'une fibre présentant des cristallites dans une orientation pré-30 férée, en vue de déterminer la valeur d'une ou de plusieurs propriétés mécaniques de cette fibre, cet appareil comprenant un générateur de rayons X, des moyens pour mesure la diffraction des rayons X issus dudit générateur, qui ont traversé ladite fibre transversalement et des moyens pour déduire de cette mesure la 35 valeur de ladite, ou desdites propriétés. >9 15074 2 2008268 De préférence, des moyens sont prévus pour mesurer la diffraction des rayons X ayant-traversé la fibre dans le.sens de sa longueur. Les moyens mentionnés ci-dessus peuvent comprendre.un disque 5 rotatif, constitué par une portion de la surface d'une sphère dont le centre se trouve à l'intersection du faisceau desdits rayons X et de la longueur de fibre, un premier et unse cond détecteurs, montés de manière à pouvoir être déplacés le long d'.un rayon commun dudit disque, des moyens provoquant l'exploration par le pre-10 mier détecteur jusqu'à ce que celui-ci reçoive pratiquement une indication maximale, des moyens provoquant ensuite l'exploration par le second détecteur, le long du rayon commun, jusqu'à ce qu' il reçoive une indication d'une amplitude déterminée par rapport à l'indication maximale, un autre détecteur, et des moyens provo-15 quant une exploration par cet autre détecteur, le long de la périphérie du cercle sur lequel est disposé le premier détecteur, jusqu'à ce qu'il reçoive line indication d'amplitude déterminée, par rapport à l'indication maximale» L'invention est représentée, à titre de simple exemple, par 20 les dessins annexés, dans lesquels : - Les Figures 1 et 2 sont des graphiques qui représentent respectivement, la valeur moyenne de la dimension apparente des cristallites d'une fibre, en fonction du module de Young de celle-ci, et la valeur moyenne de l'orientation apparente des cristalli- 25 tes de la fibre, en fonction du module de Young de celle-ei ; - La figure 3 est une vue schématique de l'appareil réalisé selon la présente invention, en vue de déterminer la valeur d'une ou de plusieurs propriétés mécaniques de la fibre ; et - la figure 4 est une vue schématique, en plan,-prise dans la 30 direction de la flèche 4 de la figure 5. . 1 . . .. La présente invention;..est fondée sur la: découverte qui' a. été faite, selon laquelle les propriétés mécaniques d'une fibre dont les cristallites ont une orientation préférée., soit, par; exemple, une fibre produite à partir d'un;matériau cellulosique,: ou une 35 fibre■ carbonifère formée par* carbonisation d'une fibre de polyacry- .9 15074 3 2008268 lonitrile, sont reliées par une relation définie, prédéterminée, à la perfection desdits cristallites. Ainsi, la figure 1 représente un graphique dans lequel le module de Young (E) est porté en abscisses, en unités équivalant 2 5 à 70.306 kg/cm , et dans lequel la dimension moyenne apparente des cristallites, en AngstrBms, est portée en ordonnées, la dimension moyenne apparente étant mesurée normalement aux plans de base du graphite. On remarquera, sur ce graphique, qu'il existe une relation non-linéaire entre le module de Young et la dimension appa-10 rente des cristallites. D'une manière similaire, la figure 2 représente un graphique, dans lequel le module de Young est porté en abscisses, en unitéa 2 équivalant à 70.306 kg/cm , et dans lequel la valeur moyenne apparente de l'orientation préférée des cristallites (par exemple 15 l'orientation du plan 002 ou 004 du graphite) est portée en ordonnées. Ici encore, on remarquera qu'il existe une relation non-linéaire entre l'orientation apparente et le module de Young. On remarquera que les espacements entre plans des atomes présents dans le réseau cristallin, ainsi que le parallélisme et le 20 positionnement des atomes dans les plans, affectent la mesure de ladite dimension aoyenne, celà du fait que les atomes n'ont pas une distance réticulaire constante, et que leur positionnement n'est pas toujours d'une perfection absolue, la mesure de la dimension et de l'orientation moyenne est donc inévitablement celle de 25 la dimension et de l'orientation moyennes apparenteso la relation entre l'orientation apparente des cristallites et le module de Young ne semble pas être affectée par des conditions différentes du traitement auquel la fibre est soumise. On comprendra donc qu'en effectuant des mesures dont la va-30 leur est reliée à la dimension apparente et à l'orientation apparente desdits cristallites, il est possible de déduire le module de Young de la fibre. Une pièce particulière de l'appareil destiné à effectuer ces mesures d'une manière continue (ou discontinue) sur une certaine 35 longueur de fibre, est représentée "très schématiquement dans les b9 15074 4 2008268 figures 3 et 4# Bu se référant aux figures 3 et 4, une certaine longueur d'une fibre carbonifère 10, telle que, par exemple, une fibre polymère, obtenue par tout procédé approprié, est transférée d'une 5 manière continue d'un rouleau 11 à un rouleau 12. La longueur de la fibre 10 traverse de manière continue un fin faisceau 13 de rayons X, émanant du générateur de rayons X, 14, qui. est pourvu d'un collimateur et d'une fente (non représentés), ce faisceau étant collimaté de telle sorte qu'il présente une forme carrée ou 10 circulaire. Ce faisceau 13 de rayons X intersecte la longueur de la fibre 10 en un point 15, et est diffracté en traversant transversalement celle-ci, de telle sorte qu'il forme un cône d'intensité non uniforme, dont l'intensité maximale est indiquée par la ligne 16 en traits discontinus. 15 Un disque 20, qui est une fraction de la surface d'une sphère ayant don centre au point 15» se présente au-dessous de la longueur de la fibre 10, et est monté de manière à pouvoir tourner sur une base 21a Des détecteurs 23, 24? sont montés de manière à pouvoir être déplacés le long d'un rayon commun 22 du disque 20, Un 20 détecteur 25 est monté de manière à pouvoir être déplacé sur la longueur d'un bras 26 s'étendant radialement, ce bras 26 étant susceptible de tourner sur le disque 20 sur lequel il est monté concentriquement « Les détecteurs 23» 24, 25 sont déplacés par des servomécanis-25 mes (non représentés) qui sont, à leur tour, commandés par un dispositif de commande électronique (non représenté) qui est logé dans la base 21. Les servomécanismes et le dispositif de commande électronique provoquent le déplacement du détecteur 23 le long du rayon 22» Jusqu'à ce que celui-ci atteigne la position dans la-30 quelle il reçoit la plus grande quantité de rayons X qu'il est susceptible de recevoir en n'importe quel point, sur la longueur dudit rayon. Le disque 20 est ensuite mis en rotation, jusqu'à ce que le détecteur 23 se trouve dans la position d'indication maximale de rayonnement X. 35 Le détecteur 24 est alors déplacé le long du rayon 22, jusqu' 69 15074 5 2008268 à ce qu'il reçoive une indication de rayonnement-X ayant une amplitude déterminée par rapport à l'indication maximale (la moitié, -par exemple.), le détecteur 25 est également déplacé radialement le long du bras 26, jusqu'à ce qu'il se situe sur la périphérie du 5 cercle sur lequel le détecteur 23 est disposé» le bras 26 est maintenant tourné jusqu'à ce que le détecteur 25 reçoive la moitié (ou toute autre proportion déterminée) de l'indication maximale reçue par-le détecteur 23* les: angles entre les détecteurs 23 et 24, tels qu'ils sont 10 sous-tendus au point 15, sont alors mesurés et, par un mode de calcul connu, sont utilisés pour calculer la dimension apparente moyenne des cristallites, tandis que l'angle entre les détecteurs 23 et 25» tel qu'il est sous-tendu au centre du disque 20, est utilisé pour calculer la valeur moyenne de l'orientation apparente 15 de ces cristallites0 Si on le désire, on peut adopter une disposition telle que les détecteurs 24» 25, soient diamétralement opposés au détecteur 23» de telle sorte qu'un espace plus grand puisse être ménagé entre les détecteurs. 20 En conformité avec ce qui précède, et en utilisant les gra phiques des figures 1 et 2, les valeurs obtenues pour la dimension et l'orientation apparentes des cristallites peuvent être converties en indications du module de Young de la fibre» On se rendra compte que le dispositif électronique, de com-25 mande peut être conçu de manière à convertir automatiquement les-dits angles en indications du module de Young, et à actionner automatiquement une imprimante» On comprendra donc que la présente invention présente un intérêt particulier pour la mesure continue du module d.e Young d'une 30 fibre carbonifère, immédiatement après que celle-ci a été formée, à païtir de polyacrylonitrile, par exemple» Il y a, normalement, un intervalle de temps considérable entre le moment où la fibre de polyacrylonitrile originale pénètre par l'une des extrémités, de l'installation de traitement, et le moment où.cette fibre traitée-35 quitte cette installation par son autre extrémité. Il est donc 9 15074 6 2008268 extrêmement important qu.e tout défaut de la fibre soit reconnu aussi rapidement que possible, de telle sorte que le processus de traitement puisse recevoir les modifications utiles avant toute production d'une quantité trop importante de matériau défectueux, 5 et la présente invention présente précisément l'intérêt de permettre la connaissance rapide de tels défauts. En outre, la présente invention présente l'avantage de fournir une valeur moyenne sur une longueur importante de fibre, et d'être d'une mise en oeuvre plus simple, tout en demandant moins de main-d'oeuvre, 10 qu'un procédé direct de mesure de la résistance et du module de Young» Le générateur de rayons 2, 14, les détecteurs 23, 24, 25, le disque rotatif 20 et la base 21, peuvent constituer un bloc qui peut être déplacé sur un chariot de trolley autour de 1*installais tion dans laquelle la fibre carbonifère est produite» Ces éléments peuvent également être disposés de telle sorte qu'ils puissent être déplacés, en totalité ou en partie, par exemple sur des rails, tant en travers de la fibre que dans le sens de sa longueur» Ainsi, le générateur de rayons X, 14, et les détecteurs 23, 24, 25, peu-20 vent être déplacés, tandis que les dispositifs d'alimentation en énergie peuvent être fixes» Ce bloc aura, de préférence, un dispositif de refroidissement intégré, de telle sorte que seulement un dispositif d'alimentation en électricité soit nécessaire» Si on le désire, le déplacement du détecteur 23 pour obtenir 25 l'indication maximale requise, peut être obtenu en utilisant deux détecteurs, et en effectuant l'exploration jusqu'à ce qu'ils fournissent tous deux des indications identiques, la position correspondant à l'indication maximale se trouvant alors à mi-distance entre les deux détecteurs» 30 Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux termes de la description qui précède,,mais elle en comprend, au contraire, toutes les variantes à la portée d'un homme de métier.~ 69 15074 7 2008268 REVENDICATIONS 1°) Procédé pour l'examen d'une fibre comportant des cristallites dans une orientation préférée, en vue de déterminer la valeur d'une ou de plusieurs propriétés mécaniques de cette fibre, 5 ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte la mesure de la diffraction de rayons X ayant traversé la fibre transversalement, et la déduction, à partir de cette diffraction, de la valeur de ladite, ou desdites propriétés. 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que 10 ladite valeur de la propriété, ou desdites propriétés, est déterminée d'une manière continue sur toute la longueur de ladite fibre. 3°) Procédé selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite propriété mécanique est le module de Young. 15 4°) Procédé selon l'une quelconque des revendications précé dentes, caractérisé en ce que la diffraction est mesurée en disposant au moins un premier détecteur, de telle sorte qu'il reçoive pratiquement une indication maximale, en disposant au moins un second détecteur, de telle sorte qu'il reçoive une indication dont 20 l*amplitude, par rapport à l'indication maximale, est connuet et en déterminant les positions relatives des premier et second détecteurs. 5°)"Procédé selon la revendication 4» caractérisé en ce qu'un premier détecteur et l'un des seconds détecteurs sont disposés de 25 manière à se présenter pratiquement sur un rayon commun d'un cercle, et en ce que ledit premier détecteur et un autre des seconds détecteurs, sont disposes de manière à se trouver sur la périphérie dudit cercle. 6°) Procédé'selon l'une quelconque des revendications précé-30 dentes, caractérisé en ce que la fibre est une fibre carbonifère. 7°) Appareil pour l'examen d'une fibre comportant des cristallites dans une orientation préférée, en vue de déterminer la râleur d*une ou de plusieurs propriétés mécaniques de cette fibre, cet appareil étant caractérisé en ce qu'il comporte un générateur 35 de rayons X, des moyens pour la mesure de la diffraction des 9 1'507 4 s 2008268 rayons X issus dudit générateur qui ont traversé ladite fibre transversalement, et des moyens pour déduire de cette diffraction la valeur de ladite, ou desdites propriétés» 8°) Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que 5 des moyens sont prévus pour le passage continu d*une certaine longueur de fibre à travers un faisceau de rayons X issu dudit générateur» 9°) Appareil selon la revendication 8-, caractérisé en ce que les derniers moyens mentionnés comprennent un disque rotatif for-10 mé par une fraction de surface d'une sphère, dont le centre se trouve à 1»intersection dudit faisceau et de ladite longueur de fibre, un premier et un second détecteurs montés de manière à pouvoir être déplacés le long d'un rayon commun dudit cercle, des moyéns provoquant l'exploration par le premier détecteur, jusqu'à 15 ce que celui-ci reçoive pratiquement une indication maximale, des moyens provoquant ensuite l'exploration par le second détecteur le long du rayon commun, jusqu'à ce qu'il reçoive une indication ayant une amplitude déterminée par rapport à l'indication maximale, un autre détecteur, et des moyens provoquant l'exploration par 20 cet autre détecteur, le long de la périphérie du cercle sur lequel le premier détecteur est disposé, jusqu'à ee qu'il reçoive une indication d'amplitude déterminée, par rapport à 1'indication maximale.