Brevet FR2377980A1 — publié le 19780818

La présente invention concerne un procédé de fabrication de filaments de verre et elle a trait plus particulièrement à un procédé pour établir un environnement thermique uniforme dans chacune des différenes buses de formation de filaments intervenant dans une filière de fabrication de fibres de verre du type chauffé. Il est bien connu dans ce domaine qu'on peut produire des filaments à partir de diverses matières thermoplastiques ramollis- sables à chaud, notamment du verre, en faisant sortir des filets de matière en fusion de plusieurs buses à orifices prévues au fond d'une filière chauffée. Dans le cas du verre, les filets sont atténués, habituellement par des moyens mécaniques, sous la forme de filaments qui sont ensuite collectés sous forme de brins et traité de manière à constituer une diversité de produits du commer- ce. Une utilisation typique d'un tel brin consiste dans la fabri- cation de tissus en verre. Pour produire un tissu tissé satisfai- gant, il est impératif que les diamètres de chaque brin de verre soient constants dans un plan linéaire. Des variations des diamè- res des brins de verre sur leur longueur se traduisent par un tissu qui n'a pas une bonne planéité mais qui est au contraire fron- cé. Un tel tissu est inacceptable. On a effectué par le passé dos tentatives pour créer un en- vironnemont thermique uniforme dans les buses de filière en vue de produire un ril uniforme en verre. Dans le brevet VS 3.068 699, une bande raiennant de la chaleur est ioulée sur le tond de la filière et s'étend autour des buses. Cependant, on n'effectue aucune commande externe de l'environnement qui est créé. Dans le brevet US 3.672.857, on a proposé de contrôler l'environnement autour des buses de filière en ajoutant une barrière thermique supplémentaire dans une zome adjacente à ou directement reliée aux buses avant de la filière, en vue de produire un échauf- fement additionnel des buses. Une autre solution proposée (brevet US 3.607.164) a consisté à boucher les buses limites de façon que toutes les buses actives soient entourées par des motifs semblables de buses rayonnant de la chaleur Cela diminue évidemment le nombre de filaments qu'une filibre donnée peut produire et, du fait que l'obligation de prévoir de plus grosses filières se traduit par une augmentation du nombre de buses,une telle solution est moins souhaitable Selon l'invention, on a découvert que, au contraire des réalisations connues mentionnées ci-dessus,on pouvait créer un environnement plus stable autour des buses d'une filière en assu- rant un refroidissement des buses par un élément de refroidisse- ment supplémentaire placé dans une zone adjacente aux buses avant de la filière. Un tel élément assure non seulement un refroidisse- ment des buses de filière, mais il permet de contrôler le courant d'air s'écoulant au-dessus de l'élément de refroidissement et en travers des buses de filière.On sait que, du fait de la grande vitesse dtatténuation des fibres de verre , de l'air est entraîné vers le bas avec les fibres. Sn contrôlant la distance verticale séparant l'élément de refroidissement du tond de la filière, il est possible de contrôler le courant d'air ontragne par les fibres de verre en formation sur l'élément de refroidissement. En plaçant l'élément de refroidissement à fleur avec le fond de la filière,on empêche une arrive directe de l'air sur les buses avant de la filière. Cette combinaison du refroidissement avec le contrôle de l'écoulement d'air autour des buses de filière contribue à l'établissement d'un environnement plus stable autour des butes de filière. En conséquence, l'invenion a pour but principal de fournir un procédé permettant de créer un environnement plus stable autour des buses de filière lors de la formation de filaments de verre. L'invention a également pour but dO fournir un appareil pour la mise en pratique du procédé précité. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemples non limitatifs,en référence aux dessins annexés dans lesquels: : Fig.1 est une coupe latérale d'une filière montrant l'appareil utilisé pour la mise en pratique du procédé selon l'invention; Fig.2 est une vue de dessous d'une filière comportant un premier iode de réalisation de l'invention; Figs.3, 4 et 5 sont des vues en coupe montrant d'autres profils de la barre de refroidissement intervenant dans la présente invention; Fig.6 est une vue de face, en partie en coupe, d'un autre mode de réalisation de la barre de refroidissement; Fig.7 est une coupe faite suivant la ligne 7-7 de la figure 6 et montrant l'emplacement de tubes creux dans l'autre mode de réalisation représenté sur la figure 6. Sur la rigure l,on a représenté une filière 10 par l'inter médiaire de laquelle du verre en fusion 11 est étiré au travers de buses 13. A mesure que le verre en fusion est atténué au travers des buses, il se forme des cAnes de verre 15. Après atté- nuation ultérieure, ces cônes sont transformés en filaments 17 qui sont ensuite réunis pour former des brins ou fils composites. Les buses de filage 13 sont refroidies à l'aide d'une barre de refroidissement de base 19 qui est parcourut par un fluide de transmission de chaleur tel que de l'eau s'écoulant dans un tuyau 25. Des éléments de transmission de chaleur 21 sont reliés à la barre de base 19 de façon à évacuer la chaleur de la zone environnant les buses 13,la chaleur parvenant par l'intermé- diaire des éléments 21 à la barre de base 19 et étant finalement évacuée par le liquide de transmission de chaleur s'écoulant dans le tuyau 25.Les éléments de transmission de chaleur 21 peuvent être des tubes canalisant également un fluide de transmission de chaleur ou bien ils peuvent se présenter sous la forme d'éléments ailetés massifs. Cependant,les moyens précis utilisés pour assurer un tel refroidissement ne sont pas importants pour l'application de la présente invention et on peut considérer qu'ils sont connus de l'homme de l'art de sorte qu'il est inutile de les décrire de façon détaillée. Une seconde barre de refroidissement 23 est placée dans une zon adjacente aux buses avant 13 tout en étant espacée de cellesci et en étant située à l'opposé de la barre de refroidissement 19. Cette barre de refroidissement 23 ne comporte pas d'éléments supplémentaires de transmission de chaleur et elle n'est pas re libe aux éléments 21 associés à la barre de base 19.Cette barre 23 contient un tuyau 27 qui est parcouru par un fluide de transmission de chaleur tel que de l'eau. ce tuyau 27 est séparé du tuyau 25 de la barre 19 et il assure un contrôle de la vitesse d'évacuation de la chaleur à partir de la barre 23. la position de cette barre de refroidissement 23 est réglable en relation avec son espacement par rapport aux buses de filage à la rois dans la direction horizontale et dans la direction verticale.Cela permet de contrôler la quantité de chaleur évacuée par la barre de refroidissement 23 et le courant d'air passant sur la barre et transversalement aux buses du fait de l'atténuation à grande vitesse des filaments. Selon l'invention,il est possible de permettre le passage d'une quantité contrôlée d'air sur la barre de rerroidissement 23 et transversalement aux buses de filage et vers le bas avec les filaments formés on bien, en plagant la barre de refroidi@se- ment 23 en contact direct avec le fond de la filière 10, d'ampêcher un contact direct de l'air avec les buses avant 13 ue la filière.On a trouvé qu'on pouvait obtenir des résultats appropriés en mettant directement la barre de refroidissement au contact du fond de la filière ou bien en l'espaçant d'une distance comprise entre environ 3,17 et 6,33 mm du dessous de la filière.Il est préférable de placer la barre à une distance d'environ 4,762 mm en dessous de la filière On a trouvé que la barre était capable d'évacuer la chaleur de la zone environnant les buses de filage à un débit (calories par seconde) correspo@@@ant @ une puissance comprise entre par exemple 293 et 879 @@tts, ces valeus étant basées sur une capacité d'étirage compr@@se intre erviron 77 et 154 kilogrammes de verre par heure.Cette ecm@inaison d'influences donne lieu à un environnement plus stable pour l'étirage de filaments de verre, ce qui permet d'obtenir un diamètre plus constant des -filaments. Bien que l'élément 23 ait une section droite carrée sur la figure l,on a indiqué sur les figures 3 à 7 de nombreux autres profils pouvant être adoptés pour la fabrication d'une telle barre,par exemple une section rectangulaire ciroulaire ou ovale. La figure 2 est une vue de dessous de la filière de la figure 1. Cette figure montre des rangées de buses de filage 13 entre lesquelles sont disposés des éléments de transmission de chaleur 21. cette figure montre également la liaison des éléments de transmission de chaleur avec la barre de base 19 et la direction de déplacement du fluide de transmission de chaleur dans le tuyau 25 prévu à l'intérieur de la barre de refroidissement 19. Cette figure montre en outre l'emplacement horizontal de la barre de refroidissement 23 par rapport aux buses de filage 13 et aux éléments de transmission de chaleur 21. Il va de soi que cette position horizontale peut être réglée en vue d'obtenir un effet optimal. Enfin,on a montré un tuyau 27 de passage de fluide de -transmission de chaleur à l'intérieur de la barre de refroidisse- ment 23. Les figures 3, 4 et 5 sont des coupes d'une barre de refroidissement 23 dune autre forme,ces figures ns montrant pas le tuyau canalisant le liquide de transmission de chaleur. La barre peut avoir des formes ovale, circulaire ou rectangulaire, mais on peut cependant adopter toute autre forme en vue de donner une direction désirée à l'écoulement d'air ou d'obtenir tout aure motif approprié de transmission de chaleur. La figure 6 est une vue latérale, en partie en coupe, d'un autre mode de réalisation de la barre de refroidissement 23. Dans ce mode de réalisation,un élément porteur creux 29 contient une série de tubes 31. Ces tubes 31 sont reliés entre eux par des réservoirs 33 et 35 placés aux extrémités respectives d'entrée et de sortie des tubes 31. Un fluide de transmission de chaleur passe dans le réservoir 33, au travers des tubes 31, dans le réservoir 35 et il sort de la barre de refroidissement 29. L'écoulement est limité vers les tubes à l'aide d'une plaque 37 placée à l'entrée des tubes 31 et à l'aide d'une plaque 39 placée à la sortie des tubes 31. ces plaques 37 et 39 empêchent le fluide de passer entre les tubes 31 et elles contribuent également à maintenir les tubes 31 en position. La figure 7 est une coupe de la figure 6 faite suivant la ligne 7-7 et montrant un emplacement particulier des tubes 31 dans cet autre mode de réalisation. On va maintenant décrire différents exemples d'application de l'invention. EXEMPLES 1 à 5 Cinq filières 2/G75 ont été équipées de la barre de refroidissement agencée selon l'invention. Une filière 2/G75 comporte 800 orifices. Le chiffre 2 définit une division par deux des fibres en 400 filaments. Les barres ont été placées à 4,7625 mm en dessous du fond de la filière. Cela a permis le passage de cou- rant d'air contrôlé en dessous des buses de filage et sur les cônes de verre fondu formés en dessous des buses. On a fait passer dans chaque barre de refroidissement de l'eau sous une pression de 440 136 Pascal et à une température de 300C. On a étiré les fibres de verre à une vitesse linaire de 3785 6 m/mm. Cela a permis d'étirer une quantité de 149,6 kg/h de verre dans chaque filière. Les résultats de ces exemples sont indiqués sur le tableau I. TABLEAU I Exemple Température Débit Température de fonctionnement Chaleur enlevée, watts d'eau à la sor-(1 /mm) de filiére, C tie , C 1 31,7 5,15 1176,6 595,4 2 32,2 3,97 1164,4 613,0 3 31,7 4,54 1171,1 525,7 4 32,2 5,68 1121,7 875,5 5 31,1 5,03 1161,7 388,2 Les fibres de verre résultantes produites dans les exem- ples précités ont présenté des diamètres très uniformes qui ont permis de produire un tissu en fibres de verre de bonne qualité. Dans tous les exemples précités, la quantité de chaleur évacuée à l'aide de la barre de refroidissement correspondait à 300 à 900 watts et on a contrôlé le courant d'air passant sur la barre de refroidissement de maière à obtenir des fibres de verre ayant des diamètres très uniformes,qui ont permis de produire un tissu en fibres de verre de bonne qualité. EXEMPLES 6 à 19 On a équipé des filières 2/G75,comme dans les exemples précédents,de la barre de refroidissement agencée selon l'inventison Dans ces exemples,on a appliqué directement la barre de refroidissement contre le fond du bâti de la filière. Cela a empê- ché l'air d'arriver directement sur les buses avant de la filière. On a utilisé do l'eau de refroidissement à une température moyenne d'entrée de 30 C On a étiré les fibres de verre à une vitesse moyenne de 3785,6 m/mm, ce qui a permis de produire une quantité de fibres de verre de 149,6 kg/h. Dans les exemples 6 à 19, on a installé la barre de refroidissement à l'avant de la filière en plaçant à l'arrière des refroidisseurs ailetés normalisés On a torsadé les fibres collectées avec des fils sur un châssis de torsadage standard et on a vérifié les fils en ce qui concerne les défauts d'uniformité. On a ensuite tissé des tissus à partir des fils et on a classé les tissus par qualités. Les résultats de ces essais sont donnés dans le tableau Il. TABLEAU II Exemple Pourcentage de non uniformité (Uster) Qualité de tissu 6 1,4 D 7 1,7 C 8 1,3 C 9 1,55 C 10 1,25 D 11 1,4 C 12 1,65 D 13 1,65 c 14 1,05 B TABLEAU Il (suite) Exemple Pourcentage de non uniformité (Uster) Qualité de tissu 15 1,45 C 16 1,75 C 17 1,55 c 18 1,55 D 19 1,65 t Comme le montrent ces résultats, le pourcentage de nonuniformité, mesuré par l'essai Uster, est assez faible, mais cependant la qualité du tissu fapriqué à partir des fils produits de cette manière n'est pas uniforme EXEMPLES 20 à 57 On a répété les exemples 6 à 19 m@is en descendant la barre de refroidissement à 4,7625 mm en dessous de la filière, Les fibres collectées ont été tersadées et ont été soumises à des essais comme dans les exemples 6 à 19, de même que le tissu tissé à partir des fils. Les résultats de ces essais sont indiqués dans le tableau III. TABLEAU III Exemple Pourcentage de non- @@alité de tissu uniformité (Uster) 20 1,45 A 21 1,4 A 22 1,15 A 23 1,2 A 24 1,2 A 25 1,1 A 26 1,15 A 27 1,25 B 28 1,3 A 29 ',15 A 30 1,3 B 31 1,55 B 32 1,1 A 33 1,25 A 34 1,05 A 35 1,0 A 36 1,2 A 37 1,4 A TABLEAU III (suite) Exemple Pourcentage de non-uniformité Qualité de (Uster) tissu 38 1,4 A 39 1,4 B 40 1,3 A 41 1,55 A 42 1,3 A 43 1,35 A 44 1,2 45 1,8 B 46 1,25 A 47 1,8 C 48 1,7 A 49 1,95 A 50 1,2 A 51 1,55 52 1,05 A 53 1,25 A 54 1,1 A 55 1,2 A 56 1,2 A 57 1,1 A Comme le montrent ces résultats,le pourcentage de non uniformité , mesuré par l'essai Uster, est assez faible, et on a constate que les qualités des tissus fabriqués à partir des fils produits de cette manière étaient assez uniformes. -REVENDICATIONS 1.Procédé de fabrication de filaments en verre, consistant à étirer des filaments de verre à partir de cônes de verre fondu en dessous de buses de filage placées dans une filière, ladite filière comportant en dessous des buses des moyens pour évacuer la chaleur, ces moyens comportant une barre de refroidissement de base dans laquelle passe un fluide de transmission de chaleur et qui est reliée à des éléments de transmission de chaleur placés entre les rangées de buses de filage et en relation de transmission de chaleur avec ladite barre de refroidissement de manière que la chaleur soit évacuée desdites buses, caractérisé en ce qu'en eipS che une variation dimensionnelle ou de métrage à court terme des filaments étirés en plaçant une seconde barre de refroidissement, adjacente aux buses avant mais espacée de celles-ci, en ce qu'on fait passer dans la seconde barre un fluide de transmission de chaleur de manière que cette seconde barre évacue la chaleur des buses de filage et en ce qu'on contrôle un courant d'air s'écoulant sur la barre de refroidissement et transversalement aux buses de filage en espaçant la barre desdites buses afin de créer un envi- ronnement plus uniforme en dessous des buses de filage. 2. Procédé selon la revendication 1,caractérisé en ce que lesdits éléments de transmission de chaleur sont des refroidisseurs à ailettes. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2,caractérisé en ce que le fluide de transmission de chaleur est de l'eau. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,caractérisé en ce que la seconde barre de refroidissement a une section droite rectangulaire, circulaire, ovale ou carrée. 5. Procédé selon la revendication 1,caractérisé en ce que la seconde barre de refroidissement comporte un élément creux qui est relié à plusieurs tubes intérieurs,et en ee qu'il est prévu des moyens pour relier les tubes à leurs extrémités afin de permettre le passage du fluide de transmission de chaleur dans chacun des tubes. 6. Procédé selon la revendication 5,caractérisé en ce que les moyens de liaison des tubes creux sont des réservoirs placés aux extrémités desdits tubes. 7. Procédé selon la revendication 1,caractérisé en ce que ledit contrôle du courant d'air consiste à empêcher une arrivée directe de l'air sur les buses avant de la filière. 8. Procédé selon la revendication l,caractérisé en ce que la seconde barre de refroidissement est placée à une distance d'environ 3,17 à 6,33 mm en dessous de la filière. 9. Procédé selon la revendication 8,caractérisé en ce que la seconde barre de refroidissement est placée à une distance d'envi ron 4,7625 mm en dessous de la filière. 10. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la chaleur est évacuée à un débit correspondant à une puissance comprise entre environ 293 et 879 watts pour une vitesse d'étirage comprise entre environ 77 et 154 kilogrammes de verre par heure. 11 Procédé de fabrication de filaments de verre consis tant à étirer des rilaments de verre à partir de cônes de verre en fusion en dessous de buses de filage placées dans une filière, ladite filière comportant en dessous des buses des moyens pour éva cuer la chaleur, ces moyens comportant une barre de refroidissement de base dans laquelle passe un fluide de transmission de chaleur et qui est reliée à des éléments de transmission de chaleur placés entre les rangées de buses de filage et en relation de transmission de chaleur avec ladite barre de refroidissement de manière que la chaleur soit évacuée desdites buses, Procédé caractérisé en ce qu'on empeche une variation dimensionnelle ou de métrage à court terme des filaments en évacuant la chaleur en une quant corres pondant à une puissance comprise entre environ 293 et 879 watts pour une vitesse d'étirage comprise entre environ 77 et 154 kilo grammes de verre par heure, et en ce qu'on rait passer un courant d'air contrôlé sur les buses de filage de manière à crder un envi ronnement plus uniforme autour desdites buses. 12. Procédé selon la revendication 11,caractérisé en ce que ledit refroidissement et ledit courant d'air contrôlé sont créés à l'aide d'une seconde barre de refroidissement dans laquelle passe un fluide de transmission de chaleur et qui est adjacent et espacée desdites buses avant de filage. 13. Procédé selon l'une des revendications ll et 12,caracté risé en ce que le fluide de transmission de chaleur est de l'eau. 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 13,caractérisé en ce que lesdits éléments de transmission de cha leur sont des refroidisseurs à ailettes. 15. Procédé selon la revendication 12,caractérisé en ce que la seconde barre de refroidissement est espacée d'environ 3,17 à 6,33 min et notamment de 4,76 min du dessous de la filière. 16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 15, caractérisé en ce que la seconde barre de refroidissement a une section droite rectangulaire, circulaire,ovale ou carrée 17 e Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 1,caractérisé en ce que la seconde barre de refroidissement comporte un élément creux relié à plusieurs tubes intérieurs et comportant des moyens pour relier les tubes à leurs extrémités afin d'empêcher un écoulement du fluide de transmission de chaleur dans lesdits tubes. 18. Procédé selon la revendieation 17,caractérisé en ce que lesdits moyens de liaison des tubes sont des réservoirs placés aux extrémités desdits tubes. 19. Procédé selon la revendieation 13,caractérisé en ce que ledit conrôle du courant d'air consiste à empêcher une arrivée directe de l'air sur les buses avant de la filière. 20. Procédé de fabrication de filaments en verre consistant à étirer des filaments de verre à partir da cônes de verre fondu en dessous de buses de filage placées dans une filière, ladite filière comportant en dessous des buses des moyens pour évacuer la chaleur, ces moyens comportant une barre de de refroidissement de base dans laquelle passe un fluide de transmission de chaleur et qui est reliée à des éléments de transmission de chaleur placés entre les rangées de buses de filage et en relation de transmission de chaleur avec ladite barre de refroidissement de manière que la chaleur soit évacuée desdites buses, caractérisé en ce qu'on em- che une variation dimensionnelle ou de métrage à court terme des filaments étirés en plaçant une seconde barre de refroidissement dans une position adjacente aux buses avant mais espacée de celies- ci et en contact direct avec le fond de la filière, et en ce qu'on Rait passer un fluide de ransmission de chaleur dans la seconde barre de refroidissement de manière que cette barre évacue la chaleur ce la filière et empêche une arrivée directe de l'air sur les buses avant de la filière. 21. Procédé selon la revendication 20 ,caractérisé en ce que lesdits éléments de transmission de chaleur sont des refroidisseurs à ailettes. 22.Proeédé selon l'une des revendications 20 et 21,caracté- risé en ce que le fluide de transmission de chaleur est de l'eau. 23.Procédé selon l'une quelconque des revendications 20 è 22,caractérisé en ce que la seconde barre de refroidissement a une section droite rectangulaire,circulaire,ovale ou carrée. 24. Procédé selon l'une quelconque des revendications 20 è 23,caractérisé en ce que la seconde barre de refroidissement comporte un élément creux qui est relié à plusieurs tubes inté- rieurs,et en ce qu'il est prévu des moyens pour relier les tubes à leurs extrémités afin de permettre le passage du fluide de transmission de chaleur dans chacun des tubes. 25. Procédé selon la revendication 24,caractérisé en Ce que lesdits moyens de liaison des tubes creux sont des réservoirs placés aux extrémités des tubes. 26.Precédé selon la revendication 20,caractérisé en ce que la chaleur est évacuée à un débit correspondant à une puissance comprise entre environ 293 et 879 watts pour une vitesse d'étirage comprise entre environ 77 et 154 kilogrammes de verre par heure.