Brevet FR2061526A1 — publié le 19710625

La présente invention se rapporte à 11 enroulement de fils filaments ou similaires et a trait plus particulièrement à un procédé et à un dispositif pour enrouler des filaments imprégnés de résine. L'un des problèmes qui se posent dans la fabrication de structures en matières plastiques. renforcées par des filaments consiste à enlever l'humidité superficielle des filaments et l'air interstitiel des mèches en vue d'obtenir une imprégnation plus complète par de la résine. Une mèche typique se compose d'un grand nombre de filaments séparés qui présentent collectivement une grande surface sur laquelle peut se déposer de lthumidité. De même, il existe un espace interstitiel considérable entre les filaments de la mèche et une quantité d'air importante est généralement emprisonnée dans cet espace Classiqueme-lt, lorsque des mèches passent dans un bain de résine classique, la résine n'imprègne pas tous les filaments simplement du fait que l'air emprisonné s'oppose à la pénétration de la résine et que lthumidité superficielle a tendance à adhérer sur la surface des filaments. Cependant, le dispositif selon l'invention permet d'assurer une imprégnation plus intime à l'aide de résine en éliminant l:tair interstitiel et l'humidité superficielle et en les remplaçant par de la résine. L'appareil d'enroulement de filaments comprend un réceptacle contenant une certaine quantité de résine thermodurcissable dans laquelle sont guidés plusieurs filaments de renforcement se présentant sous forme d'une mèche de façon que les filaments soient imprégnés de résine. La mèche imprégnée de résine est étirée au travers d'un orifice de dimensions pré-sélectionnées et à une vitesse telle que l'excès de résine soit enlevé et que le rapport entre la teneur en filaments et la teneur en résine de la mèche imprégnée sortant de l'orifice soit d'au-moins 75 : 25. D'autres avantages et caractéristiques de invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemples non limitatifs, en référence auc dessins annexés dans lesquels Figure 1 est une coupe longitudinale schématique d'un dispositif correspondant à un mode de réalisation de l'invention; Figure 2 est une coupe longitudinale schématique d'un dispositif correspondant à un second mode de réalisation de l'invention; Figure 3 est une coupe longitudinale schématique d'un disposi tif correspondant à un troisième mode de réalisation de I'inventlcn Figure 4 est une vue en plan suivant la ligne IV-IV, du dispositif de la figure 3; Figure 5 est une coupe suivant la ligne V-V de la figure 3; Figure 6 est une coupe schématique d'un orifice selon l'in invention;; Figure 7 montre une dispositidn schématique d'une machine d'enroulement de filaments comportant un quatrième mode de réalisation de- l'invention; Figure 8 représente un schéma d'une machine d enroulement de filaments comportant un cinquième mode de réalisation de l'in vention, et Figure 9 une coupe longitudinale schématique d'un dispositif correspondant à un sixième mode de réalisation de l'invention. Sur la figure 1, on a représenté un premier dispositif 11 selon l'invention qui comprend un premier réceptacle 13 comportant une paroi 15 commune à un second réceptacle 17 adjacent. Le premier réceptacle 13 n'est pas fermé mais le second réceptable 17 est complètement obturé. Le premier réceptacle 13 comporte un orifice 19 dans une paroi d'extrémité 21 placée en opposition à la paroi commune 15, un fond plat 23, des côtés opposés 25 reliant le fond 23 aux parois d'extrémité 15, 21 et contient une certaine quantité d'une résine thermodurcissable 27 qui peut être complétée à volonté par une source appropriée (non représentée) de manière à maintenir la résine dans le réceptacle au nivead-eprésenté sur la figure 1. La paroi commune 15 comporte un orifice 29 de profil similaire à l'orifice de la figure 6 et situé: au-dessus du fond 23 à une distance telle que l'entrée de l'orifice 29 soit immergée dans la résine 27. A l'intérieur du réceptacle 13. il est prévu plusieurs barres ou tiges déflectrices 31a, 31b, 31c et 31d disposées horizontalement, espacées les. unes des autres et fixées c.lacune dans les parois latérales 25 opposées. La barre déflectrice 31a est située au-dessus du fond -23 de manière qu'elle ne soit pas immergée dans le bain de résine 27 tandis que les autres barres décrites 31b, 31c et 31d sont immergées dans le bain de résine 27. Le second réceptacle 17 constitue une enceinte totalement fermée comportant la paroi commune 15 d'un côté et également un fond 33 > une paroi d'extrémité 35, une paroi supérieure 37 et des parois latérales 39. L'intérieur du second réceptacle 17 est maintenu à une pression inférieure à la pression atmosphérique pendant la marche normale du dispositif 11 à l'aide d'une pompe à vide 41 (VP) qui communique avec l'intérieur du second réceptacle à l'aide d'un conduit 43. Dans le second réceptacle 17 sont prévues plusieurs barres ou tiges déflectrices 45a, 45b t 45c disposées horizontalement et espacées les unes des autres. Ces barres déflectrices sont agencées de préférence comme indiqué sur la figure 1 pour une raison qui sera précisée dans la suite. La paroi d'extrémité 35 comporte également un orifice 47 similaire à l'orifice 29 de la figure 6. il est à noter que les orifices 29 et 47 sont coaxiaux et sont tous deux orientés dans la même direction, c'est-à-dire que l'extrémité d'entrée des deux orifices se trouve à droite et l'extrémité de décharge à gauche, en regardant la figure 1. Des filaments de renforcement 49, en forme de mèches, sont dévidés de plusieurs bobines d'alimentation 51 (dont une seulement est représentée sur les dessins) et passent par l'intermédiaire de l'orifice 19 sur la première et la seconde barres déflectrices 31a et 31b, puis sous la troisième barre déflectrice 31c et sur la quatrième barre déflectrice 31d. Il est à noter que les mèches 49, partant tangentiellement de la partie supérieure de la barre déflectrice 31d, pénètrent axialement dans l'orifice 29. Dans le second réceptacle 17, les mèches 49 arrivent tangentiellement sur la barre déflectrice 45a, puis passent en dessous de la barre déflectri ce 45b pour revenir au-dessus de la barre déflectrice 45c et la quitter tangentiellement pour passer ensuite axialement dans l'ori- fice 47. Dans le mode de réalisation de l'invention représenté sur la figure 2, un seul réceptacle ou récipient 53 comporte un fond 55 en forme de cuvette, des parois d'extrémité 57, 59 opposées, des parois latérales 61 opposées et contient une certaine quantité de résine 63. Des filaments réunis en forme de mèches 65 partant des bobines d'alimentation 67 passent au-dessous et au-dessus de plusieurs barres déflectrices 69a à 69f, montées horizontalement entre les parois latérales 61. La barre déflectrice 69a, de même que la barre déflectrice 31a, sert à guider les mèches à partir des bobines 67 et à changer leur sens d'avancement ecns le bain de résine 63. Normalement, les barres déflectrices 69b,/69d et 69e sont agencées et positionnées de manière à être continuellement immergées dans la résine 63 en meme temps que les mèches en contact avec elles. La barre déflectrice 69f est normalement située au-dessus de la surface du bain de résine 63 lorsque les mèches 65 ne passent pas dans appareil 5)est également placée de façon que les mèches 65 pénètrent axialement dans un orifice 71 ménagé dans la paroi d'extrémité 59. L'orifice 71 est similaire à l'orifice 29 de la figure 6. Les figures 3 et 4 représentent en élévation en coupe et en plan un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel plusieurs mèches 73, 75 partant respectivement des bobines d'alimentation 77, 79 passent au-dessus et en dessous des barres déflectrices 81a à 81g disposes horizontalement et autour des barres déflectrices 83a à 83d disposées verticalement. Les bobines 77 sont montées- de manière à tourner autour d'axes verticaux tandis que la bobine 79 est montée de manière à tourner autour d'un axe horizontal. Bien qu'une seule bobine 79 ait été représentée sur le dessine il va de soi qu'on peut utiliser le cas échéant plusieurs bobines 79. Les barres déflectrices verticales 81a à 81a sont fixées d'une manière appropriée sur un fond 85 en forme de cuvette faisant partie d'un autre réceptacle de résine 87 muni également de parois d'extrémité 89, 91 et de parois latérales 93. Les barres déflectrices horizontales 83a à 83g sont fixées d'une manière appropriée sur les parois latérales 93. Les barres déflectrices verticales 81a à 81d sont positionnées à l'intérieur du réceptacle de reine 87 de façon que la *chue 73 passe autour de la barre déflectrice verticale 83a, sur la barre déflectrice horizontale 81a, sous la barre déflectrice horizontale 81b, sur la barre déflectrice horizontale 81d, autour de la barre déflectrice 83b, sur la barre déflectrice 81g, puis autour des barres déflectrices verticales 83c et 8.3d. Ensuite, la mèche 73 > qui a une forme légèrement aplatie comme indiqué sur la figure 5 passe dans un orifice 95 , similaire à l'orifice 29 et ménagé dans la paroi d'extrémité 91 de manière que l'axe de l'orifice soit situé dans le plan horizontal de la mèche 73 (figure 5). La mèche 75 part de la bobine 79 et passe sur la barre déflectrice 81a, sous la barre déflectrice 81c, sur les barres déflectrices 81d et 81e, sous la barre déflectrice 81f et sur la barre déflectrice 81g. Ensuite, la mèche 75, qui a également une forme légèrement aplatie (figure 5), passe axialement dans l'ori- fice 95. L'orifice 29 représenté sur la figure 6 comporte des parois de sortie latérale 97 qui divergent à partir d'un col suivant un angle d'environ 120, le rayon du coude dan+es parois d'entrée latérale 97a dans la zone du col étant d'environ 6 mm. De préférence les paroirs 97, 97a de l'orifice 29 sont formées d'acier trempé ou d'une matière céramique convenablement traitée de façon à résister à une abrasion par les filaments 99, tels que des filaments de verre, passant dans l'orifice 29. La figure 7 représente une machine 101 d'enroulement de filaments imprégnés de résine se présentant sous forme d'une mèche 103 sur un mandrin profilé 105 qui peut tourner dans le sens de la flèche A autour de l'axe d'un arbre 107. La mèche 103 part d'une bobine d'alimentation 109 classique qui est montée de manière à tourner dans le sens de la flèche B, la mèche passant ensuite autour d'un rouleau 111 horizontal et paBzaat dans un orifice 113 ménagé dans une paroi d'extrémité 115 d'une chambre à vide 117. La chambre à vide 117 est reliée à une pompe à vide 119 à l'aide d'un conduit 121 et est soumise à une pression inférieure à la pression atmosphérique. Une paroi d'extrémité 123 de la chambre à vide 117 est commune à un réceptacle de résine 125 contenant une certaine quantité de résine thermodurcissable 127. Dans la paroi commune 123, et dans la paroi d'extrémité opposée 129, sont prévus des orifices 131, 131a similaires à l'orifice 29 de la figure 6. Comme le montre la figure 7, les orifices 113, 131 > 131a sont similaires à l'orifice 29 de la figure 6, sont coaxiaux et le rouleau 111 est placé de manière que, lorsque la mèche 103 quitte le rouleau 111, elle se déplace suivant I'axe des orifices. Lorsque la mèche 113 sort de l'orifice 131a, elle passe dans un oeillet de guidage 133 classique qui se déplace alternativement le long de l'axe de l'arbre 107 dans la direction des flèches C et D. La figure 8 représente une machine 134 d'enroulement de filaments correspondant à un autre mode de réalisation de l'inven- tison, dans lequel une mèche 135 partant d'une bobine d'alimentation 137 tournant dans le sens de la flèche E passe dans un orifice 139 ménagé dans une paroi d'extrémité 141 d'un réceptacle de résine 143 en forme de V. La partie de droite du réceptacle 143 est mtilie d'un couvercle 145 comportant un bord immergé dans la résine 147 du réceptacle 143. Un conduit 149 établit une communi cation avec l'intérieur de la partie de droite du réceptacle 143 ainsi qu'avec une pompe à vide 151 de manière que cette partie de droite-du réceptacle soit maintenue en cours de fonctionnement sous une légère dépression. Un rouleau guidage 1553 ou bien une barre ddSlectrice, est monté dans la partie inférieure du réceptacle de résine 143 tandis qu'une plaque 155 est place à proximité du bord supérieur de gauche du réceptacle de résine 143 en forme de V. Un orifice 157 > similaire à l'orifice 29 de la figure 6, est ménagé dans la plaque 155 de manière que la mèche 135 passant autour du rouleau de guidage 153 se déplace suivant l'axe de l'orifice 157. La mèche 135 passe ensuite dans un oeillet de guidage 159 qui se déplace alternativement dans le sens des flèches F et G suivant l'axe d'un mandrin 161 tournant autour de l'arbre 163 dans le sens de la flèche H. La figure représente un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel trois chambres 165, 167 > 169 reliées entre elles sont séparées par des parois communes 171, 173 > la chambre 169 comportant également une paroi d'extrémité 175. :Dans chaque paroi 171, 17D, 175 sont prévus des orifices (non représentéez) similaires à I'orifice 29 de la figure 6. La chambre 165 est une chambre de chauffage pour éliminer par séchage l'humidité superficielle des filaments des mèches. Généralement, elle débouche dans l'atmosphère à son extrémité de droite (figure 9) et est munie d'un conduit 177 qui communique avec une source d'air chaud 179. La chambre 167 > qui est adjacente à la chambre 165 avec laquelle elle comporte une paroi commune 171 est une chambre à vide permettant d'évacuer de la mèche l'air interstitiel. Elle est pourvue d'un conduit 181 qui communique avec une pompe à vide 183 classique. L'autre chambre 169-est adjacente à la chambre à vide 167 en étant séparée de celle-ci par la paroi commune 173 et constitue un réceptacle de résine dans lequel une certaine masse de résine 185 est introduite par l'intermédiaire d'un conduit d'entrée 187. Un conduit de décharge 189 est prévu pour évacuer la résine de la chambre lorsque cela est souhaité ou nécessaire. Comme le montre la figure 9, une mèche 190 de filaments, par exemple de filaments de verre, pénétrant dans l'appareil dans le sens de la flèche J, traverse les différentes chambres 16tir67 169 et sortent de celles-ci sous forme de filaments 190a, imprégnés de résine et se dépla-t dans le sens de la flèche K. Les figures 7 et 8 représentent respectivement des machines d'enroulement 101 et 134 qui comportent des modes de réalisation respectifs de l'invention mais il va de soi que l'un des différents autres modes de réalisation de l'invention représentés sur les dessins peuvent être utilisés dans les machines 131 > 134 à la place des modes particuliers représentés sur les figures 7 et 8. Dans une machine d'enroulement de filaments telle que 101, qui utilise-.l l'appareil représenté sur la figure 1, la mèche 49 passe dans le bain de résine 27 se trouvant dans la chambre 13 et pénètre dans l'orifice 29 qui a un diamètre de col de 0,5 mm. L'angle de-divergence de la paroi latérale-97 de l'orifice 27 est d'environ 120 tandis que le rayon de la paroi 97a du col est d'environ 6 mm. La mèche 49 se compose de 60 fils de 204 filaments chacun et la vitesse de la mèche dans la chambre de résine et dans l'orifice est de 60 m/mn, la viscosité de la résine étant de 2 000 centipoises. Une telle machine d'enroulement de filaments, com portant l'appareil de la figure 1, permet de fabriquer un produit présentant le rapport désiré verre/résine de 75 : 25. Dans l'appareil représenté sur la figure 2, la mèche 65 traverse le bain de résine 63 et pénètre dans l'orifice 71. Lorsque les mèches 65 ne se déplacent pas dans la résine, le niveau de la résine 63 est situé en 191 mais > lorsque les mèches 165 se déplacent dans l'appareil de la droite- vers la gauche, les frottements entre les mèches et la résine provoquent une montée du niveau de résine dans le sens de déplacement des mèches. En conséquence, le niveau de Zla résine prend, en cours de fonctionnement de l'appareil, une position inclinée 191a et l'entrée de l'orifice est par conséquent immergée dans la résine 63. De même, lorsque l'appareil des figures 3 et 4 fonctionne, le niveau de résine prend une position inclinée 193 et l'entrée de l'orifice 95 est également immergée dans la résine 195. Les deux mèches 73 et 75 sont imprégnées de résine au ccurs du passage dans le bain et chaque mèche prend un profil légèrement aplati, comme indiqué sur la figure 5, avant de pénétrer dans l'orifi- ce 85. Lorsque les mèches 73, 75 passent dans l'orifice 95, l'ex- cès de résine est enlevé des filaments par l'action d'étranglement des parois incurvées 97a de l'orifice et cette action d'étranglement enlève efficacement I'humhdite superficielle subsistant sur les filaments ainsi que tout l'air interstitiel qui pourrait être emprisonné dans la mèche. Dans l'appareil des figures 7 et 8, la prévision additionnelle d'une chambre à vide améliore l'imprégnation par la résine en supprimant l'air interstitiel ainsi que l'humidité superficielle des mèches avant que les filaments soient imprégnés de résine. L'appareil de la figure 9 comprend une chambre de chauffage pour éliminer par séchage l'humidité superficielle qui pourrait exister sur les filaments de la mèche. Ensuite, la mèche chauffée passe dans la chambre à vide et l'air interstitiel est évacué des mèches, ainsi que l'humidité superficielle qui n' au- rait pas été évaporée auparavant lors du passage de la mèche dans la chambre de chauffage. A la sortie de la chambre à vide, la mèche passe dans la chambre de résine, est imprégnée de résine puis sort par un orifice tel que celui de la figure 6, ménagé dans la paroi 175. Une caractéristique de l'invention est que, lorsqu'on choisit en correspondance les dimensions de l'orifice, la viscosité de la résine et la vitesse des filaments de verre dans la résine et l'orifice, Oll peut obtenir dans des structures bobinées avec des filaments de verre un rapport élevé verre/résine. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés ci-dessusXmais en couvre au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 - Dispositif d'enroulement de filaments, caractérisé en ce qutil comprend un réceptacle contenant une masse de-résine thermodurcissablt présentant une viscosité prédéterminée, plusieurs filaments constituant des mèches montées sur des bobines adjacentes de réceptacle, des guides associés au réceptacle de manière à diriger les mèches à partir des bobines en vue de les immerger dans la résine, un orifice présentant une dimension de ccl présélectionnée et dans lequel la mèche passe après qu'elle a été imprégnée de résine et des moyens pour faire passer les mèches dans la résine et l'orifice de manière que l'excès de résine soit enlevé de la mèche et à une vitesse telle qu'on obtienne un rapport prédéterminé entre la teneur en filaments et la teneur en résine de la mèche sortant de l'orifice. 2 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la résine a une viscosité de 2 000 centipoises, en ce que l'orifice a un diamètre de 0,13 mm et en ce que la mèche se déplace dans le bain de résine et l'orifice à une vitesse de 60 mètres par minute de manière que le rapport de la teneur en filaments à la teneur en résine soit de 75 : 25. 3 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qutil comprend une chambre dans laquelle passe la mèche imprégnée de résine en sortant du dit orifice et des moyens pour mettre sous vide partiel la dite chambre de façon à éliminer l'air emprisonné dans les interstices de la mèche. 4 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux mèches séparées se déplaçant le long de parcours séparésdans le bain de résine, les deux mèches passant ìmultanément dans le dit orifice. 5 - Dispositif d'enroulement de filament, caractérisé en ce qu'il comprend un mandrin monté de façon à tourner autour d'un premier axe, une bobine supportant des longueurs continues de filaments de renforcement en forme de mèche et pouvant tourner autour d'un second axe > des moyens pour guider la mèche de la bobine au travers d'un premier réceptacle fermé dans lequel la pression est inférieure à la pression atmosphérique, un second réceptacle ouvert, contigü, présentant une paroi commune au premier réceptacle et contenant une masse de résine thermodurcissable, un orifice d'entrée mAnagé dans la paroi commune et un orifice de sortie ménagé dans une paroi opposée du second réceptacle, les deux orifices étant immergés dans la résine du second réceptacle de façon que la mèche traverse le réceptacle contenant-la résine et sorte du dit orifice de sortie en étant imprégnée de résine, ainsi qu'un oeillet de guidage dans lequel passe la mèche imprégnée de résine et qui est déplaçable vers l'avant et vers l'arrière suivant le premier axe de façon que la mèche soit enroulée-sur-le mandrin tournant. 6 - Dispositif suivant la revendication 5,caractérisé en ce que la mèche est formée dlun grand nombre de filaments de verre, en ce que la résine a une viscosité de 2 000 centipoises, en ce quel"srifice a un diamètre de col de 0,13 mm et en ce que la mèche se déplace dans le réceptacle de résine et dans l'orifice à une vitesse de 60 mètres par minute de façon que la mèche imprégnée de résine présente un rapport filaments de verre/résine de 75:25; 7 - Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend une chambre dans laquelle la température est supérieure à la température ambiante et dans laquelle passe lamèche avant de pénétrer dans le premier récipient fermé. 8 - Procédé pour enrouler des filaments imprégnés de résine sous forme d'une mèche sur un mandrin tournant, procédé ca caractérisé en ce qu'on fait passer la mèche dans un premier récepw tacle dans lequel la pression est inférieure à la pression atmosphérique, on fait passer ensuite la mèche dans un premier orifice d'un diamètre de col prédéterminé, ménagé dans une paroi commune au premier réceptacle et un second réceptacle dans lequel se trouve une masse de résine thermodurcissable, on maintient la résine à une-viscosité prédéterminée, on fait passer la mèche dans la résine, on fait passer la mèche dans un second orifice ménagé dans une autre paroi du second réceptacle à une vitesse prédéterminée de façon à enlever l'excès de résine de la mèche et à le renvoyer dans le second réceptacle, et on assure le guidage de la mèche lors de son enroulement sur le mandrin tournant. 9 - Procédé d'enroulement de mèche de filaments, caractérisé en ee qu on maintient une certaine quantité de résine présentant une viscosité présélectionnée dans un premier réceptacle, on fait passer la mèche dans la résine et dans un orifice, ménagé dans une paroi du dit réceptacle et présentant un diamètre de col présélectionné, à une vitesse prédéterminée de façcn que la moche imprégnée de résine sortant du dit orfice présente un rapport prédéterminé filaments/résine; 10 - Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que la résine a une viscosité de 2 ooo centipoises, en ce que l'orifice a un diamètre de col de 0,13 mm et en ce que les mèches passent dans la résine et l'orifice à une vitesse de 60 mètres par minute.