Brevet FR2234333A1 — publié le 19750117

La présente iriventior concerne la polymérisation Par induction, et plus particulièrement la polymérisation d'une résine thermodurcissable à l'aide d'un durcisseur lors de l'élaboration d'un stratifié de verre de forme tubulaire. Jusqu'ici, lorsqu'un tube est réalisé par bobinage à spires jointives, sous diverses tensions, de mèches compo sées d'armatures imprégnées de résine thermodurcissable autour d'un mandrin métallique, la polymérisation est obtenue par exemple par chauffage de résistances dans mie étuve ventilée. Ce mode de oïiatiffage comporte toutefois les incon- vénients suivants : -1'apport de calories s'effectue de l'extérieur vers l'intérieur de la pièce, ce qui implique que la température n'est pas homogène dans l'épaisseur de la pièce et que la couche extérieure durcit prématurémentrendant difficile, voire impos- sicle, le dégazage total de la résine; - le cycle de polymérisation par ce procédé est loag et nécessite de ce fait un potentiel important de mandrins assurant la rotation du matériel. la présente invention a pour objet de modifier le mode d'appert des calories afin de pallier les inconvénients précités. Il invention fournit donc un inducteur linéaire ali- muridé par une tension sinusoîdale basse tension et haute fré quence qui permet de moduler facilement à l'extérieur du-t,be le dosage de l'énergie nécessaire à la polymérisation. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la deseription qui va suivre, faits en regard des dessins mnexés, et donnant à à titre indicatif mais nullement limitatif une forme de réalisation de l'invention. Sur ces dessins: la figure t est une vue dtun dispositif suivant l'invention ; la figure 2 est une vue schématique à grande échelle d'une coupe suivant 11-11 de la figure i; les figures 3, 4 et 5 sont dés vues de détail expli- catives la figure 6 est un graphique d'un cycle de polymérisa tion suivant ltinvention la figure 7 est une vue d'une chaîne industrielle de traitement de polymérisation suivant le dispositif de la fi gure 1 la figure 8 est une vue en coupe suivant VIII-VIII de la figure 7. On sait que lton se base, pour définir scientifiquement - l'unité- d1intensité électrique, cette quatrième dimension qui ne dépend alors d'aucune autre, sur l'intensité d'un courant cons tant qui, maintenu dans deux conducte-urs parallèles, rectilignes de longue-ur infinie, de section circulaire négligeable, et pla cés à une distance d'un mètre l'un de l'autre dans le vide, pro duit, entre ces conducteurs, une force de 2 x 10 7 newton par mètre de longueur, puisque chaque champ magnétique dtun conduc teur exerce sur l2autre conducteur un effet électromagnétique dtinduction qui se traduit par une force d'attraction ou de répul sion, fonction directe du produit des deux intensités. le facteur 10 # résulte de la présence du facteur de perméabilité magnétique =B/H, d'équation de dimension FI-2, par définition égal à 1 dans le vide dans le système électromagnétique COB où 3 est exprimé en gauss et H en oersteds, dans une applica tion au calcul en unités SI (1 newton = 105 dynes, 1 biot = 10 ampères), en faisant abstraction du facteur spatial Q t, la constante diélectrique, ou permittivité s , et la perméabilité magnétique , étant par définition dans le système de Coulomb prises égalés à 1 , le produit s de la constante diélectrique par la perméabilité magnétique, dans tout système homogène, étant l'in verse du carré d'une vitesse, et dans le vide lié à la célérité de la lumière "e" par la relation s o oc2 = 1, en vertu de l'in fluence du milieu où se propagent les champs. Dans la pratique, au moyen d:un déplacement angulaire d'un circuit fermé, on. peut utiliser l'énergie électrique qui se développe sous l'action des forces élémentaires pour re cueillir de lTénergie, par exemple entratner un moteurs Mais on peut également, en développant un courant alternatif dans ie--c-ircuit -des spires alune bobine, dégager de la chaleur dans une pièce en métal conducteur maintenue immobile à l'intérieur de la bobine, par exemple par chauffage par induction sous haute fréquence. On a constaté que presque toute l'énergie est dissipée dans ce cas par effet Joule sous la forme de courants de Foucault dans une région pelliculaire 1 d'épaisseur "d" (figure 3) des couches extéricures de la pièce 10,l'épaisseur "d" étant donnée par la formule où # est la résistivité de la pièce, sa perméabilité magnétique et + la fréquence du courant-extérieur créant le champ inducteur, lteffet de peau étant indépendant-de la configura tion de la pièce, cette région pellioulaire étant parcourue par 63 % du courant total et étant le siège de 87 % de l'é- nergie dégagée--par effet Joule. Dans le cas d'un conducteur rectiligne 2 (figure 5) placé parallèlement par exemple à un mandrin cylindrique métallique 3 et pare-ourupar--un-courant alternatif sinusol-dal, le champ électrique drinduction E et le champ magnétique dont le vecteur produit scalaire est dirigé vers l'intérieur du mandrin 3, développent aussi pré- cisément à Itintérieur du mandrin 3 des forces élémentaires de transfert d'énergie qui dégagent de la chaleur dans le-s mêmes @eonditions que précédemment exposé. -l'invention exploite ce phénomène pour obtenir la polymérisation -d1un--bobinage de spires -jointives, désignées dans leur ensemble par 4 (figure 2), stratifiées autour d### mandrin 5. Le chauffage est obtenu alors ainsi non plus. de ltex- térieur vers l'intérieur, dans la direction de la flèche comme dans l'art antérieur, mais dans la direction de la fièche f2, de l'intérieur vers l'exterieur du stratifié. Dans ces conditions, l'apport d'énergie att stratifié 4 dtépaisseur 1 se fait sur la partie en contact avec le mandrin 5 qui est chauffé superficiellement, comme on le voit sur la figure 4, par exemple par un tube de cuivre inducteur 6- de diamètre extérieur de 4 mm, le couplage le plus serré étant par exemple réalisé à une distance h = 15 me sur un stratifié 4 de 1,5 mm d'épaisseur. lors du bobinage des mèches- 7,- composites d'uné armature 8 imprégnée de résine thermodurcissable 9, sur le mandrin 5, des bulles d'air il restent prisonnières entre les couches de stratifié. Avec lsélevation de la température, la résine devient liquide et permet à l'air de s'échapper tant que la couche extérieure ne 51 est pas solidifiée. Avec ce système de chauffage, suivant l'invention, le gradient de température se fait dans le~boisens et permet un dégazage correct du stratifié et l'on relève les caractéristiques suivantes - la température est uniforme dans le sens longitudinal de la pièce, autorisant ainsi le traitement de grandes longueurs, - le cycle de chauffage est réglable très facilement par modifications de la distance inducteur -mandrin métallique - du fait de l'existence dtun gradient de température, la température n'est pas homogène dans l'épaisseur de la pièce, ce qui implique un ou plusieurs paliers de température (après dégazage) pour que toute 11 épaisseur du stratifié atteigne la température de polymérisation désirée. Par exemple, on peut obtenir le cycle de polymérisation suivant du graphique des températures en fonction du temps de lafigure 6 avec un chauffage par induction suivant ltinvention, représenté par le tronçon 12, suivi d'un premier palier 13, d'un second chauffage par induction 14, d'un second palier 15 et d'un refroidissement lent 16. tes paliers 13 et 15 à l'intérieur d'enceintes à circulation d'air chaud permettent d'assurer une température homo gène dans toute l'épaisseur du stratifié. On voit sur la figure 1 un inducteur désigné dans son ensemble par 20 ayant la forme d'une galette 120 incurvée en forme d'auge où le circuit électrique 17,- alimenté en courant à haute fréquence par les bornes 18 et 19, présente successivement des tronçons rectilinéaires, tels que 21 et 22 parallèles à l'axe x y du mandrin 5, et des tronçons en arc de cercle sur le secteur cylindrique de la galette 120, en forme d'auge. Cette galette 120,disposée le-long du mandrin est avantageusement substituée à 11 inducteur 6 de la figure 4 et permet ainsi de chauffer tout le secteur du stratifié.4 capable de l'angle a. le conducteur 17 est creux pour permettre son refroidissement par circulation dieau. On prévoit alors de faire tourner autour de son axe le mandrin 5 pour présenter successivement toute la superficie du stratifié 4 à l'action du chauffage par induction. lie dispositif élémentaire est incorporé, pour satisfaire au cycle de polymérisationdela figure 6, en la forme des inducteurs 20 dans l'installation de la figure 7 où l'on voit une channe double 25 qui supporte trois supports 26, 27 et 28 dtun système permettant ltavance de la channe d'un pas, par exemple toutes les 15 minutes, et la rotation des tubes-mandrins 29 et 30 sur eux-mêmes pendant leur séjour dans le four 31. les zones 32, 33, 34 et 35 du four possèdent un dispositif 36 d'évacuation des vapeurs qui entraîne, comme on l'a vu suivant l'invention, les bulles d'air 11 de la figure 2. La turbine de refoulement d'une chambre de chauffe 37 alimente la circulation d'air chaud des chambres de maintien en température des zones 33 et 35 par les conduits 38 et 39. La turbine de refoulement 40 commande le refroidissement de la chaîne dans la zone 41 du four. Des cloisons mobiles 42 permettent le réglage des communications entre les zones du four-et le passage de la chatne e les inducteurs 20 sont suspendus à un portant commun 43 dont la position en hauteur commande la distance de couplage entre chaque inducteur 20 et le tube correspondant, On prévoit éventuellement, en cas de couplage serré, un relevage automatique de dégagement figuré-par les flèches bifides 43 lors du déplacement pas à pas de la chaîne. On voit que les quatre inducteurs 20 de la figure 7 sont suspendus par paires à deux premiers portants courts 44 et 45, respectivement dans la zone 32 et la zone 34 et deux seconds portants longs 46 et 47 dans les mêmes zones. On voit que la rangée de tubes que la channe, qui se déplace dans la direction de la flèche f3, présente d'abord en 48 à l'entrée du chargement dans le four, et dont onva suivre le déplacement au cours d:un cycle de polymérisation, passe au pas suivant en 49 dans la zone de chauffage 32 sous le/premier inducteur 20 du portant 44, et le chauffage de la pente 12 du graphique de la figure 6 commence. Au bout d'un quart d'heure le tube préchauffé passe en 50, où l'on voit que le couplage avec ltinducteur du portant 46 est plus serré que celui de l'inducteur du portant 44 et le chauffage est porté jusqu'à la température du palier 13. la premier palier s2effectue dans la zone 33 du four en 51 et en.52. En 53, sous ltinducteur du portant 45, commence le chauffag ge la pente 14 du graphique de la figure 6 et au bout d'un quart d'heure le tube préchauffé passe. en 54 pour atteindre le second palier 15 de maintien en température. le second palier 15 s'effectue dans la zone 35 du four. On voit.que le séjour du tube dans chacune des quatre zones 32 à 35 a duré 30 minutes. Ensuite, dans la zone 41, en positions 57, 58, 59, 60, les tubes sont soumis au refroidissement lent 16 d'une heure par exemple du graphique de la figure 6. On voit que la durée totale du traitement dans le four se limite à trois heures, le cycle de polymérisation suivant l'invention est bien plus court que celui de l'art antérieur en étuve pour des caractéristiques mécaniques du stratifié ide- tiques. Le rapport est environ de 1 à Dç Il va de soi que la présente invention a été décrite ci-dessus à titre indicatif, mais nullement limitatif, et que lton pourra introduire toute équivalence entre ses éléments constitutifs sans sortir de son cadre, défini par les revendications ci après. En particulier, le procédé permet la polymérisation de pièces de formes tubulaires ayant des épaisseurs différentes dans le sens longitudinal. On peut aussi polymériser des pièces comportant des inserts métalliques. RFvEirDTCATT0? 1. Procédé de polymérisation par induction, caractérisé en ce qu-til comprend les étapes suivantes bobiner plusieurs couches de mèches imprégnées de résine sur un mandrin en métal conducteur, monter le mandrin sur un équipage rotatif, chauffer le mandrin par induction haute fréquence au moyen d'au moins une galette fixe disposée en auge à bonne distance de 11 équipage rotatif, présenter successivement toute la périphérie du stratifié des mèches à l'action de 11 inducteur, maintenir l'équipage rotatif à la température d'un premier pa -lier, chauffer ensuite le mandrin par induction haute.fréquence au moyen d'au moins une galette fixe disposée à bonne distance de l'équipage rotatif, présenter toute la périphérie du stratifié à l'action de l'inducteur, maintenir l'équipage rotatif à la température plus élevée d'un second palier, puis refroidir lentement jusqu'à l'ambiante. 2. inducteur pour la mise en oeuvre du procédé de la revendication 1, caractérisé en ce outil comprend une galette en forme de secteur cylindrique et un conducteur H.F. appliqué contre la galette, dont les éléments sont alternativement rectilignes et parallèles aux génératrices du cylindre ou en arcs de cercle concentriques à l'axe du cylindre, le conducteur étant creux pour permettre un refroidissement par circulation d'eau. 3. installation de traitement pour ltapplication du procédé de la revendication 1, caractérisée/en ce qu'elle comprend une chambre de chauffage et une chambre de refroidis se- ment, une chaîne pas à pas présentant les mandrins rotatifs sur lesquels sont bobinées les mèches du stratifie à traiter au couplage des inducteurs de la zone de chauffage. 4 installation suivant la revendication 3, caractérisée/en ce que la-chambre comprend quatre zones, une première zone de chauffage, une seconde zone d'un premier palier de maintien en température, une troisième zone d'un second chauffage et une quatrième zone d:un second palier de tempé- rature. 5. installation suivant la revendication 4, carlcw térisée en ce qu'une turbine de chambre de chauffe souffle dans la chambre de chauffage du four pour provoquer l'évacuation des vapeurs dégagées par le traitement et en ce qu'une turbine de refoulement commande la circulation d'air de la chambre de- refroidissement. 6 installation suivant la revendication 5, caractérisée en ce que chacune des zones de chauffage de la chambre de chauffage comprend deux inducteurs successifs, le couplage du premier étant moins serré que le couplage du second. 7. Installation suivant la revendication 6, caractérisée en ce que les inducteurs sont reliés à un système de dégagement automatique lors du déplacement de la chaîne.