Brevet FR2018649A1 — publié le 19700626

L'invention concerne un procédé visant à former un produit à partir d'un filament imprégné de résine, procédé dans lequel on imprégne un filament d'une résine organique synthétique liquide on fait passer le filament pendant ou après son imprégnation à travers une chambre à vide, on enroule le filament imprégné sur un mandrin pour former un produit et on laisse la résine du produit se solidifier ou durcir. Généralement, quand on imprègne un filament de résine, la résine liquide qui pénètre chasse la majorité mais non la totalité de 1 air contenu dans le filament ou entrainé par celuici. I1 s'ensuit que le produit fini formé du filament imprégné contient au moins 3-5' environ, en volume, d'air finement distribué dans tout le produit sous la forme de bulles microscopiques ou de filets minuscules. les inclusions d'air dans le produit ont des effets nuisibles sur de nombreuses propriétés désirables du produit. Par exemple, les inclusions d'air amènent des concentrations de tensions qui amorcent des fissures dans la matière. Pour cette raison, si le produit soit contenir un fluide sous pression comme c'est le cas d'un tuyau, il commence à fuir à une pression plus faible qu'un produit similaire contenant moins d'air ou n'en contenant pas du tout. Les propriétés électriques aussi sont influencées nuisibernent ce qui est trs indésirable pour les applications à haute tension, par exemple pour les tubes de disjoncteur. On a donc tenté de diminuer le volume d'air contenu dans le produit mais par suite de difficultés telles que la forte viscosité de la résine liquide et la petitesse des bulles d'air, on n'a pas trouvé une possibilité satisfaisante de diminuer notablement le volume d'air résiduel contenu dans le produit. On peut obtenir une certaine amélioration en pratiquant tout le procédé sous-vide, ce qui signifie que l'appareillage nécessaire, comprenant les bobines de filament, la chambre d'imprégnation, le mandrin d'enroulement et tout l'équipement associé, doivent être enfermés pour maintenir un milieu à pression sous-atmosphérique. Il faut alors une ollanore à vide extrêmement grande et les opérations usuelles telles que la réparation de filaments brisés, le remplacement de bobines vides de filaments et la reconstitution du bain de résine deviennent très compliquées. Cette proposition est donc rejetée comme impraticable. D'autre part, en mettant seale-tent sous vide une partie de l'équipement, par exemple en faisant passer le filament imprégné à travers une chambre à vide ou en appliquant un vide à la chambre d' imprégnation seulement on n'a pas obtenu jusqu'ici le degré d'amélioration désiré. La demanderesse a exécuté des essais dans lesquels on faisait passer un filament imprégné à travers une chambre à vide de petite dimension et après sa sortie de la chambre à vide, on le faisait passer sur des rouleaux de guidage en déviant le parcours suivi par le filament de manière à le diriger vers un mandrin tournant et à poser le filament dans une direction prédéterminée sur le mandrin. Toutefois, dans ces essais, la quantité d'air contenue dans le produit final n'est pas très différente de celle que l'on trouve sans utiliser la chambre à vide. On a découvert ensuite outil était possible d'obtenir une diminution notable du volume d'air dans le produit en ne laissant pas le filament dévier de son parcours sur des rouleaux de guidage ou autres moyens de déviation une dois qu'il a quitté la chambre à vide et qu'il est ainsi revenu en contact avec l'air atmosphérique. L'un des buts de l'invention est de fournir un procédé commercialement satisfaisant permettant de former un produit à partir d'un filament imprégné de résine, le volume d'air dans le produit fini étant seulement de 1G/Ó ou moins encore. L'invention est caractérisée par le fait que le filament se meut suivant une direction pratiquement rectiligne entre le moment où il quitte la chambre à vide et le moment où il touche le mandrin. Le produit fabriqué peut être un tuyau, un récipient, un tube de disjonteur ou bien il peut présenter tout autre forme que l'on puisse obtenir en enroulant des filaments sur un mandrin et l'invention n'est pas limitée à telle ou telle forme précise de produit. La résine organique synthétique liquide utilisée comme liquide d'imprégnation peut être une résine thermodurcissable capable de durcir avec, si on le désire, un apport de chaleur extérieure servant à accélérer le durcissement. On citera comme exemples les résines d'époxyde, les résines de polyester, les polyétiers et les polyuréthanes. D'autres liquides d'imprégnation appropriés sont des résines thermoplastiques -synthétiques à l'état fondu ou dissous qui deviennent solides respectivement par refroidissement ou par évaporation du solvant. On citera conne exemples le chlorure de polyvinyle, les acrylates et les polyesters saturés. Dans la pratiue de l'invention, il est facile d'obtenir des produits contenant moins de 1% d'air en volume. Le pourcentage d'air résiduel dans le produit est approximativement proportionnel à la pression absolue de la chambre a vide jusqu'à ce que la pression absolue soit ramenée a environ 0,3 kg/cm2 car en dessous de ce niveau, une nouvelle réduction de tression devient moins efficace. Quand il règne dans la chambre à vide une pression absolue de 0,3 kg/cm, on peut fabriquer des produits contenant moins de 0,5% d'air en volume. l'élimination de l'air contenu dans le filament qui se trouve dans la chambre à vide est facilitée si l'on allonge et si l'on incurve le parcours du filament à l'intérieur de la chambre à vide en le faisant passer sur des éléments de guidage. La chambre à vide peut contenir du liquide d'imprégna- tion dans lequel le filament est plongé à son passage à travers la chambre de sorte que la chambre à vide est en même temps une chambre d'imprégnation. Toutefois, il est généralement préférable d'imprégner le filament de résine liquide avant de l'introduire dans la chambre à vide, de façon que la résine puisse jouer le rôle de liquide d'étanchéité et de lubrification à l'endroit où le filament entre dans 12 chambre à vide, pour isoler de l'air atmosphérique environnant le milieu sous-atmospiirique de la chambre . Donc, au lieu d'un bain d'imprégnation prévu dans la chambre à vide ou en plus de celui-ci, il est désirable de prévoir un ensemble séparé d'imprégnation pour y plonger le filaet @t avant qu'il ne se rende à la chambre à vide. la cilatnbre à vide présente avantageusement la forme d'une boîte munie d'une fermeture amovible. On peut laisser entrer le filament dans la chambre et l'en laisser sortir entre des bandes élastiques d'étanchéité interposées entre des bords opposés du couvercle et de la portion en forme de boîte de la chambre à vide. De préférence, le tuyau par lequel on applique le vide est relié à la partie la plus basse de la chambre à vide de sorte que la résine qui s'écoule éventuellement du filament imprégné, dans la chambre, est éliminée en même temps que l'air de la chambre. Habituellement, le filament est un filament de fibre de verre normalement appelé "stratifil", qui est composé de multiples monofilaments individuels. En pratique, on exécute normalement le procédé avec plusieurs de ces filaments séparés ou en faisceau et qui subissent simultanément l'imprégnation, le passage à travers la chambre à vide et l'enroulement sur le mandrin. De préférence, la chambre à vide est montée de telle sorte qu'elle peut pivoter sur un axe normal à l'axe de rotation du mandrin de sorte que pendant l'opération d'enroulement, la chambre à vide peut s'orienter automate quement dans la direction où le filament s'enroule sur le mandrin. Si on le désire, la chambre à vide peut comporter une série de broches parallèles entre lesquelles les filanents sont guidés de façon qu'ils restent séparés. On expliquera maintenant l'invention à titre d'exemple en se référant aux dessins annexés sur lesquels La figure 1 montre un mode d'exécution d'un appareil destiné à l'application de l'invention, appareil qui comprend une chambre à vide représentée en coupe verticale et La figure 2 est un plan de la chambre à vide, un couvercle amovible étant retiré. La figure 1 montre une portion d'un socle 10 sur lequel est monté un récipient Il rempli d'une résine liquide. Le récipient 11 sert de chambre d'imprégnation pour imprégner une série de filaments 13 déroulés de bobines de réserve (non représentées) et qui sont guidés à l'entrée et à la sortie du récipient 11 sur une série de rouleaux de guidage 12. A la suite du récipient 11, les filaments 13 passent entre des tiges de guidage 23 et passent alors à travers une chambre à vide 14 en forme de boite rectangulaire 15 munie d'une fermeture amovible 16. Les tiges de guidage 23 sont montées sur un support 24 relié à la chambre à vide. Aux bords opoosés de la boite et de la fermeture de la chambre à vide sont fixées des bandes d'étanchéité 17 en caoutchouc ou autre matière élastique. Les bandes 17 sont de forme identique et s'étendent sur toute la circonférence des bords opposés de la boîte et de la fermeture de maniere à isoler de l'atmosphère environnante l'espace intérieur de la chambre à vide lorsque la fermeture est appuyée sur la boîte, les bandes d'étanchéité étant opposées entre elles. Un tuyau flexible 19 est relié par une extrémité à la boîte 15 et communique avec la chambre à vide. L'autre extrémité du tuyau 19 est relié à une pompe à vide. A l'intérieur de la chambre à vide, les filaments passent sur des rouleaux de guidage 18 montés dans la botte 15 de façon que les filaments suivent un parcours en ligne brisée. Un manomètre 20 est mont sur la chambre à vide pour indiquer la pression sous-atmosphérique qui règne dans celle-ci. La pression différentielle causée par le vide qui règne dans la chantre et la pression atmosphérique qui règne autour de celle-ci appuie fermement la fermeture 16 sur la boîte 15. Les filaments 13 entrent dans la chambre à vide et en sortent entre les deux bandes d'étanchéité 17. Etant donné que les filaments 13 sont imprégnés avant d'entrer dans la chambre à vide, le liquide d'imprégnation joue le rôle d'un fluide de lubrification et d'étanchéité au passage des dilaments entre les bandes d'étanchéité 17. Dans la chambre à vide, l'air est retiré d'entre les filaments. Après leur sortie de la chambre à vide, les filaments s'enroulent directement sur un mandrin cylindrique tournant 21 de manière à former un tube. Entre le point où ils quittent la chambre à vide et le point de contact avec le mandrin, les filaments suivent un parcours rectiligne, autrement dit ils ne passent pas sur des éléments de guidage qui les dévieraient de la ligne droite. Pendant l'opération d'enroulement, le socle 10 va et vient parallèlement à l'axe de rotation a du mandrin de sorte que le mandrin est couvert uniformément, sur sa longueur, d'une ou plusieurs couches des filaments. De préférence, la chambre à vide 14 est montée sur le socle 10 par un pivot 22 qui permet à la chambre à vide de pivoter autour d'un axe b dirigé normalement à l'axe a -du mandrin. La chambre à vidé 14 s'oriente alors automatiquement dans la direction où les filaents sont attirés vers le mandrin tournant. A part le type représenté de chambre à vide, l'équipement nécessaire pour former des produits par enroulement de filaments imprégnés de résine, y compris la chambre d'imprégnation et le mandrin tournant, sont bien connus dans la technique et ne nécessituent pas de description détaillée. L'invention est illustrée par l'expérience suivante. On prend une série de huit strati-rils-de filaments de verre, on les imprègne simultanément dans un bain de résine d'époxyde, on les fait passer à travers une chambre à vide dans laquelle on maintient une pression absolue de 0,3 kg/cm et après la chambre à vide, on amène les filaments en ligne droite au mandrin, à une vitesse de 50 m/mn. On enroule parallèlement les huit stratifils sur le mandrin, en un ruban, et on pose plusieurs couches de ces rubans l'une par dessus l'autre, en position étroitement rapprochée, pour former un tuyau. Une fois qu'on a laissé durcir la résine contenue dans le tuyau, on trouve que la matière du tuyau contient 0,5% d'air en volume. Quand on répète l'essai exactement dans les mêmes conditions avec cette seule différence que l'on fait passer les stratifils entre la chambre à vide et le mandrin sur un rouleau de guidage, les portions ascendante et descendante des stratifils faisant entre elles un angle d'environ 1200, le volume d'air dans le tuyau est de 3%. REVENDICAtIONS 1 - Procédé de formation d'un produit à partir d'un filament imprégné de résine, dans lequel on imprégne un filament avec une résine organique s-nthétique liquide, on fait passer le filament pendant ou après son imprégnation à travers une chambre à vide, on enroule le filament imprégné sur un mandrin pour former un produit et on laisse la résine du produit se solidifier ou durcir, procédé caractérisé par le fait que le filament se meut suivant une direction pratiquement rectiligne entre le moment où il quitte la cham- bre à vide et le moment où il touche le mandrin. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'à l'intérieur de la chambre à vide, la direction de mouvement du filament est déviée au moins une fois. 3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'on imprègne le filament de la résine avant son entrée dans la chambre à vide. 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'on fait entrer le filament dans la chambre à vide et qu'on l'en fait sortir entre des joints élastiques interposés entre des bords opposés d'éléments séparables de la chambre à vide. 5 - Procédé selon une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la chambre à vide est montée de façon pivotante sur un axe normal à l'axe de rotation du mandrin. 6 - Produit formé à partir d'un filament imprégné de résine par le procédé selon une des revendications 1 à 5.