Brevet FR2278373A1 — publié le 19760213

L'invention concerne les cartouches filtrantes et, notamment, une cartouche filtrante et son procédé de production à l'aide d'un ruban imprégné de résine. Des cartouches filtrantes classiques sont réalisée par l'enroulement d'un filé ou d'une mèche sur une pièce tubulaire de mise en forme ou mandrin. Cette pièce tubulaire constitue généralement un noyau perforé et relativement rigide, laissé à l'intérieur du filé étroitement enroulé , de manière à donner au filtre la solidité nécessaire à son utilisation. L'imprégnation de la cartouche filtrante avec une résine synthétique et le mûrissement de cette dernière permettent d'éliminer de certains autres types de filtres l'âme centrale et d'augmenter la liaison entre les fibres enroulées et leur rigidité. Le filé est généralement réalisé dans une matière textile brute qu'une cardeuse ou un peigne dispose en longs torons alignés qui constituent une nappe non retordue appelée ruban. Ce dernier peut ensuite etre retordu pour former la mèche. Le ruban ou la mèche retordue constitue la pièce généralement utilisée pour la fabrication des cartouches filtrantes de l'art antérieur. L'utilisation d'une mèche enroulée de manière serrée limite la plage du pouvoir filtrant ou la plage des dimensions micrométriques des interstices des filtres anté 6e Be seul procédé permettant de faire varier cette plage stapplique au type de bobinage réalisé pour la fabrication du filtre. L'ilivention concerne un filtre et son procédé de production à l'aide d'un ruban renforcé,enroulé dans ene carl:ou cne. Le filtre selon L'invention est conçu Ce manière à ne pas présenter les inconvénients des filtre -#ift-ér1eurs du type réalisé en filés la matière de base est un ruban cardé, c'est-à- dire i-ir- câble souple noi retordu,constitué de fibres de section transversale approximativement circulaire.Le ruban peut être constitué de tout type de fibres et peut être obtenu à l'aide de machines à carder le coton, la laine ou la laine peignée. titre des fibres constituant le ruban détermine en grande partie la dimension micrométrique des interstices de la cartou che finie. Le ruban de base est imprégné d'un agent de renfort destiné à en augmenter la rigidité. Le passage du ruban dans un entonnoir en méme temps que son imprégnation permet de lui donner la forme approximative d'une bande. La résine en excès est éliminée par un jeu de rouleaux presseurs, puis la résine du ruban est séchée à une température très inférieure à son point de durcissement.Une bobineuse, comprenant un mandrin commandé, un rouleau presseur et une tête de bobinage, enroule le ruban imprégné de résine sur un noyau pouvant faire partie de la cartouche filtrante finie ou être é; ne du filtre après mtrissement. le rouleau presseur et la résistance/opposée par la titre d'enroulement,permettent de faire varier la densité du filtre lors de l'application du ruban en couches successives. Ce ruban est appliqué de manière à suivre une trajectoire en hélice à spires parallèles ou à spires croisées. le ruban est enroulé de manière à dépasser légèrement des extrémités du noyau le supportant. les extrémités de la cartouche sont réalisées par mise en place de plaques planes sur les extrémités du filtre bobiné, puis par compression de la cartouche entre deux parois fixes d'un support spécial. Pendant qu'il est comprimé, le filtre est traité de manière que les couches du ruban enroulé soient liées les unes aux autres et que ce ruban soit renforcé simultanément.Dans le cas où une résine thermodurcissable constitue l'agent de raidissement, le ruban imprégné subit d'abord un raidissement initial par séchage, puis, lorsqu'il est enroulé, il subit un raidissement final et la liaison est assurée par mtrissement. Après le mtrissement final, la cartouche peut être usinée ou entailléeJpour prendre toute forme souhaitée. L'invention concerne donc une cartouche filtrante réalisée à l'aide d'un ruban de fibres renforcé et enroulé de manière à ne pas présenter les inconvénients des filtres antérieurs constitués de filés ou de mèches. Le filtre selon l'invention présente des interstices de dimensions permettant le passage libre de particules souhaitées dont les dimensions sont inférieures à celles des particules correspondant au niveau souhaité de filtration, par l'utilisation de rubans de fibres. le coût des cartouches filtrantes selon l'invention peut entre diminué par l'utilisation d'un ruban qui permet de supprimer une opération par rapport au procédé de production à l'aide de filés. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels la figure 1 est une élévation d'une cartouche filtrante rainurée selon l'invention la figure 2 est une élévation d'une cartouche filtrante à rubans croisés selon l'invention la figure 3 est une coupe suivant la ligne 3-3 de la figure 2 la figure 4 est une élévation schématique, avec coupe partielle, d'une installation effectuant les opérations initiales du procédé de production du filtre selon l'invention ; la figure 5 est une vue partielle en plan d'un dispositif réalisant les opérations intermédiaires du procédé selon l'invention ;; la figure 6 est une coupe suivant la ligne 6-6 de la figure 7 et représente un support de compression réalisant les opérations finales du procédé selon l'invention la figure 7 est une élévation du support de compression ; et la figure 8 est une élévation d'un obturateur utilisé avec le support des figures 6 et 7. les figures 1, 2 et 3 représentent deux formes de réalisation de la cartouche filtrante selon l'invention. la cartouche 10 représentée sur la figure 1 est réalisée par le bobinage en hélice à spires parallèles d'un ruban renforcé sur une amie. la cartouche est ensuite usinée pour présenter plusieurs gorges 12 qui en augmentent la surface latérale. les figures 2 et 3 représentent une cartouche filtrante 14 constituée de ruban imprégnés de résine et enroulés en hélice à spires croisées sur un nôyau.la densité de la couche formée parlés rubans de la cartouche 14 augmente vers le centre de cette dernière, de manière que la finesse de la filtration effectuée augmente également progressivement vers le centre. De plus, la forme irrégulière présentée par la surface des rubansset le croisement de ces derniers augmentent la surface découverte sans qutil soit nécessaire de réaliser des gorges. La cartouche 14 comprend un nóyau central perforé 16 de support, pouvant rester dans la cartouche finie ou entre retiré de cette dernière après le mtrissement final du ruban enroulé et imprégné de résine. Un ruban fibreux 18 de coton, d'acétate de cellulose, de rayonne de viscose, ou de toutes autres fibres synthétiques ou naturelles, est tiré d'un logement 20, passe sur des rouleaux 22 et arrive dans un poste d'imprégnation d'un agent de raidissement, comme représenté sur la figure 4. le ruban 18 passe dans un entonnoir 24 de guidage qui lui donne la forme d'une bande (figure 2). l'entonnoi##4, de forme approximativenient conique, présente une extrémité de sortie approximativement rectangulaire ou elliptique et de faibles dimensions. L'entonnoir 24 peut être éliminé ou inutilisé, et le ruban 18 peut outre imprégné de l'agent de raidissement tel qu'il se présente à sa sortie du logement 20.Cependant, l'entonnoir 24 augmente l'uniformité et la régularité de la forme du ruban et de la cartouche. lorsque le ruban 18 passe dans l'entonnoir 24, il est imprégné d'une résine s'écoulant d'un tube 26* Cette résine, qui est un agent thermodurcissable de raidissement,peut entre une solution contenant #es résines de phénol et de formaldéhyde, des résines d'urée et de formaldéhyde ou d'autres agents de raidissement. La résine, qui provient du réservoir 28 dtalimen- tation, est refoulée dans le tube 26 par une pompe 30. le ruban imprégné 18 passe ensuite entre deux paires de rouleaux presseurs 32 qui éliminent la résine en excès. Deux tubes 34 ramènent l'excédent de résine de goulottes ou panneaux d'écoulement vers le réservoir 28. le ruban imprégné 18 est ensuite séché à une tempé rature très inférieure au point de*trissement de la résine dans un four 36. Un ventilateur 38 introduit l'air dans le four 36 et le fait passer sur des éléments chauffants électriques 40. l'air ainsi chauffé circule sur le ruban 18 et un ventilateur 42 le fait sortir du four 36. le ruban 18 suit plusieurs boucles sur des rouleaux 44 et 46, de manière à parcourir le four 36 plusieurs fois sur toute sa longueur. Ce procédé de séchage du ruban imprégné de résine permet d'augmenter la longueur du ruban en cours de séchage sans accrottre inutilement la hauteur du four 36. le ruban 18 séché sortant du four 36 est enroulé sur une bobine 48. le ruban imprégné 18 est retiré de lqrbobine 48 et enroulé sur un noyau perforé par une machine de bobinage représentée schématiquement sur la figure 5. Ce ruban 18 suit une ou plusieurs boucles 50 de guidage où il est tendu de manière déterminée par un dispositif classique 52. le ruban tendu 18 passe ensuite dans un guide 54 auquel une vis 56 fait suivre un mouvement alternatif. la surface de la vis 56 détermine lten- roulement du ruban en hélice à spires parallèles, comme représenté sur la figure 1, ou en hélices à spires croisées, comme représenté sur la figure 2. Un arbre 58 fait tourner le noyau central perforé 16 pendant le bobinage. Un ou plusieurs rouleaux presseurs 60 appliquent une pression radiale sur le ruban 18 pendant son enroulement sur le noyau perforé 16. En faisant varier la force appliquée par ces rouleaux presseurs et la traction déterminée par la titre de bobinage, il est possible de faire varier la densité des couches successives formées par le ruban et constituant le filtre. le ruban est appliqué en suivant une trajectoire en hélice, de manière que l'enroulement dépasse légèrement des extrémités du noyau 16. les extrémités de la cartouche sont ensuite réalisées par l'application d'une force axiale sur cette cartouche et par le maintien de cette force pendant le mdrissement final.La cartouche marie ainsi obtenue peut entre utilisée telle qu'elle se présente ou bien usinée poupprendre la forme représentée sur la figure 1. A titre d'exemple, le procédé selon l'invention est mis en oeuvre en utilisant un liquide d'imprégnation constitué d'une solution aqueuse de résine de phénol et de formaldéhyde dont la teneur en substance solide est de 20 à 30 %. le ruban imprégné est séché dans un four à une température d'environ 95 à 2000C pendant environ quatre à six minutes Ces températures et durées peuvent entre modifiées en fonction du poids et du titre des fibres du ruban , et en fonction des mélanges d'imprégnation. La cartouche enroulée et comprimée est placée dans un four classique à circulation fermée d'air pendant environ une heure à 1600C pour la cuisson et le mtrissement finals. La cartouche est ensuite retirée four et prête à entre utilisée. A titre dtexemple, des rubans dont le poids est compris entre 4,25 et 8,50 g par mètre et constitués de mélanges de fibres de différents diamètres, peuvent constituer des filtres dont les interstices présentent les dimensions suivantes, en fonction des mélanges Taux de mélange des fibres Dimensions des inters tices 100 % 3 deniers - 1 pm 50 % 3 deniers - 50 % 15 deniers 5 Rm 25 % 3 deniers - 75 ffi 15 deniers 10 Rm 10 % 3 deniers - 90 % 15 deniers 25 Rm 100 % 15 deniers 50 pm Il est évident que la plupart des dimensions micrométriques des interstices peuvent être obtenues en choisissant au préalable les taux de mélange des fibres. les figures 6 à 8 représentent un support destiné à exercer la compression axiale sur le filtre pendant le mA- rissement. Le support 62 comporte deux parois extrtmes identiques 64 assemblées par quatre tiges 66 fixées à ces parois par des vis 68. Ltutilisation des tiges 66 pour relier les parois extrtmes 64 permet de dégager la zone latérale de l'espace compris entre ces parois extrêmes et de réaliser ainsi un mArissement très uniforme.Deux obturateurs 70 (figure 8) , comportant chacun uneflttta 72 et un bossage 74 (chanfreiné en 76), sont utilisés avec le support 62. le bossage 74 de chaque obturateur 70 est introduit dans la cartouche bobinée, de manière que les extrémités de cette dernière soient placées entre les deux entres 72.Chaque obturateur 70 présente un trou 78 permettant de communiquer avec ltintérieur du noyau pendant le mflrissement. les parois 64 du support 62 présentent une encoche 80 destinée à loger une tette 72 d'un obturateur 70. Bes parois 64 sont chanfreinées en 82, de manière à permettre la mise en place des obturateurs 70 et à appliquer une force de compression sur le filtre lorsque ces obturateurs sont enfoncés vers le fond des encoches 80. les parois 64 présentent des ouvertures 84 alignées sur les ouvertures 78 des obturateurs, de manière à permettre de communiquer avec ltintérieuq u filtre pendant le mtrissement. Une poignée 86 est fixée à une extrémité du support de manière à en faciliter la manipulation pendant le mflrissement. La distance comprise entre les parois 64 est inférieure à la longueur de ltenroulement du filtre, de manière que ce dernier soit soumis à une compression axiale lorsqu'il est introduit dans le support. Celui-ci constitue un élément peu cobteux permettant de comprimer et de maintenir le filtre dans cet état pendant le murissement. il va de soi que de nombreuses modifications peuvent outre apportées au filtre décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention et, notamment, il est possible de raidir le ruban en lui appliquant des résines thermoplastiques chauffées qui durcissent en se refroidissant. De m#me,des agents produisant un raidissement par réaction chimique, par exemple des époxydes, peuvent titre utilisés pour rendre rigide le ruban après une période suffisante. Des agents de raidissement à base de solvant peuvent également être appliqués et séchés pour faire évaporer le solvant. la liaison des rubans bobinés peut entre obtenue ensuite par murissement de agent de raidissement ou par traitement de la cartouche bobinée avec un agent distinct de liaison. REVENDICATIONS 1. Procédé de production dtun filtre, caractérisé en ce qu'il consiste à traiter un ruban de fibres avec un agent destiné à le raidir, à bobiner en hélice le ruban traité sur un mandrin et à lier sur lui-même le ruban ainsi bobiné. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement consiste à imprégner le ruban avec un agent de raidissement et à soumettre le ruban ainsi imprégné à une opération le rendant suffisamment rigide pour ltemptcher entre comprimé de manière nuisible pendant le bobinage. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'agent de raidissement esttune substance thermodurcissable ladite opération consistant à sécher le ruban à une température inférieure à la température de mtrissement. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'agent de raidissement est un époxyde, ladite opération consistant à déterminer une d#urée suffisante pour que cet épo oxyde durcisse par réaction chimique. 5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'agent de raidissement est à base de solvant,ladite opération consistant à faire évaporer le solvant. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser un raidissement en même temps que la liaison. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à donner au ruban de fibres la forme d'une bande avant son bobinage. 8. Filtre, caractérisé en ce qu'il comporte un ruban de fibres enroulé en hélice sur un tube, ce ruban étant soumis à une compression lorsqu'il est enroulé et un agent de raidissement imprégnant ledit ruban et le maintenant, après murissement, dans la forme qu'il présente lorsqu'il est comprimé. -9. Filtre selon la revendication 8, caractérisé en ce que le ruban se présente approximativement sous la forme d'une bande. 10. Filtre selon la revendication 9, caractérisé en ce que le ruban est enroulé en hélice a' spires croisées. 11. Filtre selon la revendication 8, caractérisé en ce que les couches successives du ruban du filtre sont soumises à des compressions différentes de manière que ces couches présentent des densités différentes. 12. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu1il consiste à comprimer le ruban bobiné axialement par rapport au mandrin pendant la liaison. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que la compression axiale est obtenue par introduction du ruban bobiné entre deux surfaces fixes et espacées l'une de l'autre par une distance inférieure à la longueur axiale de l'enroulement formé par le ruban. 14. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à usiner la surface latérale du filtre, de manière à en augmenter l'aire. 15. Support pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte deux parois espacées latéralement l'une de l'autre, des organes reliant ces parois de manière que les cotés de l'espace compris entre lesdites parois soient approximativement dégagés, hormis à l'em- placement de la surface présentée par lesdites parois, la distance comprise entre ces dernières étant inférieure à la longueur du ruban afin que celui-ci soit comprimé axialement.