Brevet FR2112042A1 — publié le 19720616

La présente invention, due aux travaux de-Monsieur Georges Jean François LANG, est relative au traitement de fils continus de petit diamètre, de l'ordre de quelques microns, c'est-à-dire de Nlaments,en vue d'amélbrerleur résistance à la traction, en par ticulier de fils de- verre, mais aussi de tous autres types de fils continus tels que des fils de bore ou de earbone. Les fils de verre peuvent être notamment utilisés pour précontraindre des tuyaux en béton, ou autres matériaux, par exemple pour augmenter leur résistance mécanique à la flexion, à ltécrase ment, etc. par enroulement filamentaire sous tension (frettage). Les fils ainsi appliqués sont soumis à un effort élevé de traction lors de l'enroulement. I1 est donc souhaitable de disposer de fils de résistance à la traction aussi élevée que possible. On connais plusieurs procédés de traitement qui ambliorent la résistance à la traction des fils. L'un consiste, avant l'enroulement, à tendre une nappe de fils de verre rassemblés en paquets ou rovings (encore appelés "stratifils" suivant les normes françaises AFNOR) avant ou après passage dans un bac d'imprégnation contenant une résine thermodurcissable dont la viscosité ne dépasse pas 2 à 3 poises. Or, dans un tel cas d'imprégnation par traversée d'un bac de résine avant enroulement, on constate que le mouillage des fibres qui composent les fils est insuffisant. En outre, il est nécessaire d'essorer la nappe de fils rassemblés en rovings par calandrage avant enroulement. Cet assorage mécanique présente l'inconvénient d'affaiblir les fils du fait du laminage des fibres qui les composent entre les calandres ou rouleaux d'essorage. C'est pourquoi les résultats obtenus avec ce procédé connu sont médiocres, les fibres étant insuffisamment solidarisées et étant affaiblies par laminage; ce procédé relativement peu coûteux apporte, en fait, un accroissement- de résistance moyenne de l'or- dre de 20%. Un autre procédé connu consiste à utiliser un roving préimprégné de la même résine que précédemment, sous vide, ce roving étant enroulé spécialement sur bobines à cet effet, pour faciliter l'imprégnation. Ce procédé accroît davantage la résistance moyenne (supplément d'accroissement de l'ordre de 10) du fait de l'élimi- nation de l'essorage mécanique avant utilisation, mais présente l'inconvénient de nécessiter un temps trop long d'imprégnation et d'offrir des fils aux fibres encore insuffisamment mouillées. Un troisième procédé, plus coûteux, améliore encore davantage la résistance à la traction. Il consiste à imprégner séparément des bouts, c'est-à-dire des ensembles de filaments, et à assembler -en rovings des bouts de même longueur pour assurer une bonne répartit-ion , fibre par fibre, de la charge totale appliquée. La résistance moyenne est ainsi plus que doublée. Mais, ce procédé est d'un prix de revient excessif. Il est à noter que dans les trois procédés connus précités, si la viscosité de la résine dépasse 3 poises, la viscosité est abaissée au-dessous de cette valeur en utilisant un diluant non réactif (acétone, toluène) ou réactif (styrène pour une résine polyester) et il est nécessaire d'évaporer le solvant avant réticulation de la résine, ctest-à-dire d'effectuer une opération supplémentaire. En outre, dans le cas d'un diluant réactif, la résistance mécanique et la résistance à la corrosion de la résine sont affaiblies. L'invention a pour objet un procédé perfectionné de traitement de fils continus en vue d'accrottre sensiblement leur résistance, sans augmentation de-prix de revient et sans les inconvénients ci-dessus. Ce procédé est caractérisé par le fait que l'on imprègne les fils groupés en rovings et enroulés sur bobines, d'abord sous vide, puis sous pression, à l'aide d'une résine ayant une viscosité au moins égale à 3 poises. De préférence, on emploie une résine dont la viscosité est comprise entre 3 et 20 poises. La gamme des résines utilisables est donc très grande. Grâce à ce procédé, le mouillage des fibres composant les fils des rovings est excellent, malgré la forte viscosité de la résine, la solidarisation des fibres entre elles est améliorée ainsi que la protection physique et chimique des fils.individuels par enrobage de résine, et la résistance mécanique globale est accrue. Grâce à l'invention, la résistance à la traction du roving est plus que doublée sans accroissement sensible du prix de revient par rapport au premier procédé connu. En outre, la qualité de fabrication est plus régulière. Ladin persion de la résistance à la traction est sensiblement réduite, ce qui permet de garantir une meilleure qualité de fabrication (accroissement de la résistance garantie). Suivant une autre caractéristique de l'invention, dans le cas où une plus grande résistance à la traction est néeessaire, avant utilisation des rovings préimprégnés sur bobines- par le procédé ci-dessus, on les déroule de leurs bobines et on les soumet à un traitement de prégélification dans un four de chauffage. Si les rovings doivent être utilisés pour fretter un tube par enroulement sous tension, le traitement complémentaire de prégélification est effectué en faisant défiler les rovings dans un four tunnel, après les avoir déroulés de leurs bobines,et c'est après la sortie du four tunnel qu'on les enroule sous tension autour du tube à fretter. L'invention a également pour objet les fils traités obtenus. D'autres caractéristiques et avantages apparaltront au cours de la description qui va suivre. Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple: la Fig. 1 représente schématiquement un groupe de filaments solidarisés par le procédé suivant l'invention; la Fig. 2 représente schémat-iquement une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé. Cette installation permet l'imprégnation à l'aide d'une résine mélangée à un agent de réticulation, de fils I de verre ou autres, continus et disposés parallèlement les uns aux autres sous forme d'un roving ou de plusieurs rovings formant une nappe de fils. Suivant l'invention, on imprègne les fils sous l'action du vide puis de la pression à l'aide d'une résine polyester, phénolique ou époxy, d'une viscosité de préférence cinq à dix fois plus élevée et mime davantage que celle des résines employées habituellement, la viscosité étant d'au moins 3 poises et pouvant atteindre 20 poises ou même plus. La résine est mélangée à un agent de réticulation tel que par exemple le péroxyde de benzoyle en proportion de 1% environ en poids de résine polyester, afin d'obtenir son durcissement. Ceci posé, l'installation de traitement comporte (Fig. 2) une cuve 2 de traitement à couvercle 3, pourvue à sa partie inférieure de supports 4 sur lesquels est posé un panier 5 portant des bobines 6 sur lesquelles sont enroulés les filaments continus à imprégner, ces filaments étant juxtaposés en rovings ou nappes. Le sommet de la cuve 2 est relié: par un conduit 7 d'asplration et à travers un robinet a, à une pompe à vide 9; par un conduit 10 de refoulement et à travers un robinet 11, à un compresseur 12; et par un conduit 13 et à travers un robinet 14, avec 1 'at- mosphère. Par ailleurs, le fond de la cuve 2 est raccordé par un conduit 15 de remplissage et à travers une pompe de circulation 16 et un robinet 17, à un réservoir calorifugé 18 contenant un mélange de résine et d'agent de réticulation. Ce mélange est réfrigéré pour permettre sa conservation dans le temps, sans risque de réticulation non contrôlée. Le réservoir 18 est lui-même raccordé à un échangeur thermique 19 par un conduit 20 en serpentin dans sa partie située à l'intérieur de l'échangeur. Ce conduit 20 est également relié à la partie inférieure de la cuve 2 à travers un robinet 21. De plus, les conduits 15 et 20 sont reliés en courtcircuitant la cuve 2 par un conduit 22 et à travers un robinet 23, en vue d'établir une circulation forcée par la pompe 16 entre le réservoir 18 et l'échangeur 19.Un récipient 24 mélangeur de résine et d'agent de réticulation est relié par gravité au réservoir calorifugé 18-par un conduit 25 et à travers un robinet 26. Cette installation est utilisée de la manière suivante: la cuve 2 étant ouverte, le panier 5 supportant les bobines 6 de rovings y est introduit et posé sur les supports 4, puis le couvercle 3 est mis en position de fermeture. L'imprégnation du roving des bobines 6 a lieu comme suit: On met d'abord la cuve 2 sous vide. Le robinet 8 étant seul ouvert, la pompe à vide gest mise en action pendant une à plusieurs heures à partir du moment où règne à l'intérieur de la cuve 2 un vide de 2 à 5 mm de mercure au-dessus du vide absolu. Puis, le robinet 17 est ouvert. La résine du réservoir 18 est alors aspirée par la pompe 16 et refoulée dans la cuve 2. Le vide est maintenu jusqu'à ce que la résine recouvre complètement les bobines 6 à un niveau assez élevé pour que, même après imprégnation, le ni-veau de résine soit encore au-dessus des bobines 6 les plus hautes. Lorsque la résine est à un niveau convenable au-dessus des bobines 6, le robinet 17 est fermé, les pompes 9 et 16 sont arrêtées et le robinet 14 ouvert. La pression atmosphèrique est alors admise dans la cuve 2. Quand elle est établie, le robinet 14 est fermé. Puis, le robinet 11 est ouvert à son tour et le compresseur 12 mis en marche. I1 refoule de l'air comprimé dans la cuve 2 où est maintenue pendant une à plusieurs heures une pression de 2 à 6 bars afin de parfaire l'imprégnation du roving des bobines 6 par la résine. Puis, le compresseur 12 est arrêté, le robinet 11 fermé et le robinet 21 ouvért.'Sous l'effet de la gravité renforcée par la pression, la cuve 2 se vide dans l'échangeur 19 et, de là, dans le réservoir 18. Puis, le robinet 14 est ouvert pour casser la pression dans la cuve 2 et la ramener à la pression atmosphérique. Le couvercle 3 est alors ouvert et le panier 5 est retiré de la cuve. Le traitement d'imprégnation est ainsi terminé, mais on verra plus loin qu'il peut être complété par un traitement de prégélification. I1 est à noter que le mélange de résine et d'agent de réticulation est réfrigéré pour éviter une réticulation prématurée lors du stockage. A cet effet, il traverse l'échangeur thermique 19 lors de la vidange de la cuve 2 et il est entralné en circuit fermé par action de la pompe 16 entre le réservoir 18 et l'échangeur 19 si sa température est jugée trop élevée. De préférence, elle ne doit pas dépasser OOC dans le réservoir 18 qui est calorifugé pour conserver cete basse température aussi longtemps que possible. Dans levas où la viscosité de la résine est trop élevée, c'est-à-dire très supérieure à 20 poises, on la duite,pour abaisser sa viscosité au-dessous de 20 poises, dans un solvant (acétone par exemple) ou un mélange approprié de solvants non réactifs (6o d'acétone, 20% de toluène et 10% de xylène par exemple) et/ou d'un monomère réactif, par exemple du styrène, du méthacrylate de méthyle, du tricyanurate d'allyle etc. On procède de la même manière que précédemment pour l'imprégnation des bobines 6. Mais, dans le cas d'un solvant non réactif, après avoir vidangé la cuve 2 et avoir ramené la résine dans le récipient 18, on procède à une évaporation des solvants contenus dans les bobines imprégnées.Cette évaporation a lieu en admettant d'abord la pression atmosphérique dans la cuve 2 (robinet 14 ouvert après la fermeture du robinet 11 et l'arrêt du compresseur 12), puis en faisant un vide de deux à cinq millimètres de mercure au-dessus du vide absolu pendant le temps nécessaîre à l'évaporation du diluant (robinet 8 seul ouvert et pompe à vide 9 mise en marche). Ce vide est maintenu pendant une à plusieurs heures. Puis, le robinet 8 est fermé, la pompe 9 arrêtée et l'on procède à la vidange de la cuve 2 et à ltenlève- ment du panier 5 comme précédemment. Enfin, les résultats obtenus sont encore améliorés lors de l'enroulement si, avant d'appliquer la tension sur le roving, la résine d'enrobage est prégélifiée par passage en continu dans un four tunnel d'une longueur appropriée et dont la température est réglée en fonction du système catalytique choisi et de la vitesse de défilement du verre. Par exemple, une amélioration notable a été obtenue en utilisant une étuve de 4,5 m chauffée à 3000C, le roving défilant à environ 15 m/mn avec une résine polyester de réactivité moyenne, le catalyseur étant du péroxyde de benzoyle. Des exemples numériques de résultats obtenus sont rassemblés dans le tableau ci-dessous qui illustre les avantages de l'invention par rapport à la technique connue. ;Résistance i Eeart.type Résistance min. !moyenne à la : = E :à la rupture ;rupture = R = R = R - 3 E daN/mm2 daN/mm2 = daN/mm2 I - TECHNIQUE CONNUE t t Roving enroulé à sec sans traitement t . s d'amélioration 50 à 80 4 à 6 s 32 à 68 = t - Roving imprégné d'une t t t t résine de faible t s viscosité 60 à 90 3 à 5 45 à 81 II-TECHNIQUE SUIVANT L'INVENTION t ' t t a- Roving imprégné d'une résine de suit forte viscosité (non gélifiée) 90 à 105 2,5 à 4 82 à 97,5 b-Roving imprégné t' t t s comme en a) de t t a résine prégélifiéet 140 à 150 s 2,5 à 4 t 128 à 142,5 s s : Comme on le voit, par rapport aux valeurs de résistance des enroulements à sec, sans traitement d'amélioration, la résistance moyenne à la rupture peut etre doublée, l'écart type est sensiblement réduit et la résistance garantie à la rupture est doublée ou, dans certains cas, plus que doublée. Grâce à l'invention, les fils sont parfaitement imprégnés à l'avance, ce qui permet-de-supprimer le bac d'imprégnation dans 1 installation d'utilisation du fil. C'est ainsi qu'une installation d'enroulement de roving sur des-corps à renforcer, à fretter, se trouve ainsi simplifiée par suppression du bac d'imprégnation dans cette installation. La mise en oeuvre des fils est donc plus facile. REVENDICATIONS 1.- Procédé de traitement de fils continus, de verre et autres, en vue de l'amélioration de leur résistance à la traction, caractérisé en ce que l'on imprègne les fils groupés en rovings et enroulés sur bobines, d'abord sous vide, puis sous pression, à l'aide d'une résine ayant une viscosité au moins égale à 3 poises. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que dans le cas d'une résine de viscosité supérieure à 20 poises, on dilue la résine dans un produit choisi parmi les solvants et les monomères et l'on évapore sous vide le solvant après imprégnation. 3.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on procède à une gélification de la résine imprégnant les filaments à la suite du traitement d'imprégnation. 4.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le traitement de gélification succède à celui d'évaporation du solvant. 5. - Fils de verre et autres, imprégnés d'une résine par le procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4.