Brevet FR2385291A1 — publié le 19781020

L'invention a pour objet un dispositif de chauffage hyperfréquence utilisable pour traiter thermiquement par l'effet de pertes diélectriques, au cours de leur fabrication, des matériaux destinés à constituer des fils, joncs, profita, etc., pour effectuer une polymérisation, un séchage ou autre. Ce dispositif peut, en particulier, être utilisé lors de l'élaboration de profilées de sections diverses à partir de résines synthétiques thermodurcissables renforcées de fibres sous la forme de fils continus, de tissus ou nrats associés ou non, à base de fibres de verre par exemple, comme pour le séchage de revStements tels que ceux obtenus par l'imprégnation de fibres de verre à partir de solutions aqueuses diverses telles que solution d'encollage et notamment solution à base d'élastomère. Parmi les divers procédés de chauffage utilisables, l'emploi des hautes fréquences ou des hyperfréquences présente l'avantage de fournir un échauffement à coeur, ce qui permet en particulier d'obtenir des températures plus homogènes, donc de réduire les tensions internes. Les hyperfréquences permettent en particulier de concentrer l'énergie, ce qui est particulièrement favorable pour le traitesent de produits de faible section transversale dont, toutes proportions gardées, les pertes de chaleur par la surface sont importantes. Les dispositifs utilisables comprennent des cellules à parois métalliques associées à des émetteurs de forte puissance tels que des magnétrons. Ces cellules, dont les parois métalliques se comportent comme des miroirs pour l'onde électroma- gnétique, peuvent hêtre formées de cavités résonnantes conduisant à de fortes sur tensions, ce qui est-avantageus étant donné que l'échauffement du matériau est proportionnel au carré du champ électrique E, mais l'obtention de cette sonance est liée au respect de conditions complexes et à l'emploi de systèmes d'accorda compliqués. On utilise donc également des guides d'ondes dans lesquels la propagation de l'onde électrique est progressive. Les cellules correspondantes sont formées d'un canal rectangulaire d'assez grande longueur dont la section est en rapport avec la longueur d'onde maxaa,le de l'onde à émettre, c'est-à-dire avec la fréquence du générateur. À l'entrée du canal se trouve placé l'émetteur, à sa sortie est généra- lement installé un piège où se dissipe l'énergie non consommée dans l'appareil luimime, ce qui permet d'éviter la formation d'ondes stationnaires longitudinales t on emploie par exemple un piège à eau. Bien entendu, l'onde s'affaiblit progressivement le long du canal, de sorte que sa puissance de chauffage s'atténue en proportion. Four augmenter la compacité de ces dispositifs, il est généralement nécessaire de replier le canal sur lui-même. Pour traiter des produits en feuilles, et plus précisément pour le séchage d'une encre d'imprimerie, le brevet US 2 560 903 notas ment a proposé d'employer un dispositif ayant la forme d'une bofte rectangulaire plate dont l'intérieur est coupé par une succession de parois métalliques disposées en chicane, transversalement au trajet des feuilles, de manière à dessiner un canal replié sur lui-même en accordéon.Après une mise en forme convenable et des traite menti préalables éventuels, le matériau à traiter traverse une telle botte à mi- épaisseur, transversalement aux segments rectilignes successifs du canal grEce à un dispositif d'entraanement approprié. Ce dispositif a l'avantage d'être très compact mais la transmission de l'onde électrique au cours de ses divers changements de direction est assez imparfaite. C'est pourquoi le brevet US 2 640 642 propose, pour le traitement d'une nappe de fils, un mode de construction plus complexe utilisant un canal constitué de segments rectilignes transversaux de section rectangulaire, reliés entre eur par des méandres formés de coudes à 180 , de courbure convenable, de façon à constituer un serpentin.Une telle solution assure une meilleure transmission de l'onde électrique progressive, ce qui se traduit par une diminution du taux d'ondes stationnaires (TOS), donc une amélioration du rendement et de l'homogénéité du traitement mais, d'un élément de tube à l'autre, les fils doivent traverser des zones mortes extérieures au tube, dans lesquelles le traitement est interrompu ; de plus, il est indispensable mais asses difficile d'obtenir le meilleur alignement des orifices de passage. Dans des variantes de cette seconde solution, lee segments rectilignes, constitués d'éléments de canaux normalisés, sont assemblés par des brides avec des élélients formés d'une succession de tronçons de canal raccordés, à l'extérieur du tracé, par une série de pans coupés ; on emploie en pratique des éléments à deux coudes successifs assurant une réflexion à 90 sans que l'angle des pans de chacun d'eux soit d'ailleurs rigoureusement égal à 45 . Dans chacun de ces dispositifs à méandres successifs et si l'on se réfère par exemple au chauffage d'une nappe de fils, il est bon de noter que l'ordre dans lequel ltonde atteint ces fils en perdant progressivement sa puissance s'inverse à chaque coude, ce qui aide à uniformiser le traitement : la longueur et le nombre de segments rectilignes doivent donc être choisis judicieusement ; on peut d'ailleurs, bien entendu, associer plusieurs dispositifs élémentaires pour constituer une unité de traitement de forme voulue. L'invention a pour objet un dispositif réunissant les avantages des deux solutions précitées et qui permet d'obtenir un rendement élevé, gnftce à une grande compacité et à un faible taux d'ondes stationnaires, tout en possédant un mode de fabrication simple. Conformément à l'invention, le guide d'ondes, qui possède la forme d'une botte rectangulaire plate munie de cloisons métalliques internes disposées en chicane et raccordées alternativement à deux parois externes opposées qui leur sont perpendiculaires peur dessiner un canal en accordéon, se caractérise en ce que ces parois externes sont formées par une série de surfaces de type cyldddrique à concavité interne disposées en feston et se raccordant luddites cloisons en chicane par une arête communes de telle sorte que le contour externe cintré de chaque méandre du canal reproduit un coude arrondi ou encore un ensemble de pans coupés, ceux-ci avantageusement au nombre de trois et reproduisant de façon simplifiée la succession des deux coudes à 900 utilisés dans certains des dispositifs précités. De façon connue en soi, le dispositif est de préférence traversé à mi-épaisseur par un ou des tubes en matière diélectrique de permittivité convenable, à faibles pertes, telle que le polytétrafluoréthylène ou PTFE. Ces tubes, à l'intérieur desquels se déplacent les fils ou profilés, ne sont pas destinés à permettre leur guidage mais servent essentiellement à constituer autant de passages isolés de l'espace interne du guide d'ondes, ce qui évite que les parois de ce dernier ne soient cor- rodées ou meme simplement salies par des résines ou des vapeurs qui se dégagent lors du traitement. Ils procurent en outre une très utile isolation thermique. De façon également connue en soi, 11 espace interne du guide d'ondes peut recevoir en outre divers garnissages destinés à améliorer la transmission de l'onde à l'intérieur du matériau à traiter. Selon une autre caractéristique de l'invention, il est avantageux que les tubes isolants permettent en outre d'effectuer un balayage par un courant gazeux assurant la circulation et l'évaporation des vapeurs émises et qu'ils soient, en particulier, raccordés à un dispositif d'alimentation en gas chauds destinés à apporter au produit un chauffage complémentaire par la peau. Cette caractéristique est ticaliè- rement avantageuse pour le traitement de fils ou profilés de faible section en raison de la rapidité avec laquelle ceux-ci se refroidissent par rayonnesent et surtout par convection quand ils sont au contact de l'air à la température ambiante. De manière habituelle et, conne il a déjà été dit, le matériau à traiter traverse le dispositif transversalement aux segments rectilignes du canal, c'est-à- dire dans la direction du champ électrique. Une telle solution se prOte à un grand nombre d'applications et s'applique notamment à la polymérisation d'une résine lors de la fabrication d'une nappe mince ou encore de fils, joncs ou profilés de profil compact mais de sections faibles allant jusqu'à 15 zn2 environ. Toutefois, pour le traitement de profilés de sections plus importantes, tels que des barres dont les dimensions transversales peuvent aller jusqu'd 20 mm environ, l'invention prévoit de disposer les tubes isolants qui servent au passage de ces profilés dans le sens de la longueur des segments rectilignes du canal et dans l'axe de ces derniers. Ceci diminue l'influence des réflexions parasites et permet ainsi d'augmenter l'efficacité du chauffage grâce à un meilleur compromis dans l'utilisation de la puissance consommée. Dans ces conditions, chaque profilé traver- se une seule fois le canal en méandres, le tube isolant entrant et sortant par les coudes à travers les miroirs constitués par les parois concaves.Bien entendu, deux ou plusieurs canaux semblables peuvent être disposés l'un derrière l'autre, éven tuellement montés symétriquement pour que les différences de chauffage se compensent et, le cas échéant, alimentés par un diviseur à l'aide d'un même émetteur DHP. I1 est naturellement possible d'effectuer un traitement interiédiaire, tel qu'un nou- veau calibrage, dans l'intervalle qui sépare les deux zones de chauffage correspondantes. La structure du dispositif sera expliquée de façon plus détaillée à l'aide des deux exe",pins donnés en référence aux dessins. Ceux-ci montrent . Figure 1, un guide ouvert et vu en perspéctive cavalière, . Figure 2, un ensemble de guides dtondes vu en plan selon une représentation sché- mastique. Le dispositif de la figure 1 comprend un bottier rectangulaire plat en cuivre, aluminium ou alliage léger, constitué d'un fond 1, de deux parois frontales 2 et 3 et de deux tales latérales 4, 5. Parallèlement aux parois 2, 3, sont disposées sur le fond 1 une série de cloisons transversales 6 assemblées par soudage et reliées alternativement en chicane à l'une puis à l'autre des tôles raidisseuses 4, 5 par des ensembles de parois cylindriques circulaires 7, 8, raccordées deux à deux selon une arête 9 aux cloisons internes en chicane correspondantes, de sorte que se trou- vent ainsi constituées deux parois externes opposées, en festons décalés, raidies par les tales 4 et 5 et définissant avec les chicanes 6 un canal 10 dont la hauteur est approximativement double de la largeur et qui se replie en andres successifs à 180 dont la paroi externe est formée d'une surface concave cylindrique. Le bottier 1 est fermé par un couvercle amovible 11, constitué d'une plaque porteuse de rainure8 12, 13, 14, 15 dans lesquelles viennent s'eibotter respectivement les pa roia externes 2, 3, les raidisseurs 4, 5 du bottier, et 16, 17, 18 dans lesquelles s'emboîtent les chicanes 6 et les parois circulaires telles que 7 et 8. L'ensemble du dispositif est traversé par deux tubes isolants 19, 19' en PTFE à l'intérieur desquels circule le produit à traiter, introduit après mise en forme convenable à l'aide d'un appareillage variable approprié qui est extérieur an dispositif objet de l'invention et ne sera donc pas décrit ici. Ces deux tubes possèdent des entrées étroites adaptées B la section du profilé et formées par exemple par une plague 20 munie de deux filières de conformation non visibles sur la figure. Ils peuvent être raccordés par des brides 21, 21' à une ca- nalisation telle qu'une canalisation d'alimentation en gaz de balayage. Une jaquette interne concentrique à chacun des tubes 19, 19' assure la bonne répartition du gaz à l'entrée. À l'entrée du guide d'ondes se trouve une bride 22 sur laquelle vient se ponter l'émetteur,engandrant des ondes électromagnétiques selon le mode classique TE10, c'est-à-dire avec un vecteur champ électrique E dirigé parallèlement aux axes des tubes isolants 19 et 19'. A la sortie du guide existe une bride 23 permettant le montage d'un piège à eau non représenté. À titre d'exemple, on a pu effectuer le séchage d'assemblés de fibres de verre de titre 5 x 680 dtex imprégnés d'une solution aqueuse d'élastomères à l'aide d'un générateur de 1,5 kW, fonctionnant à la fréquence de 2.450 MHz, à 11 intérieur d'un guide formé de tales de 1,5 mm en alliage léger, comprenant vingt deux segments rectilignes de 160 mm de longueur formant un canal dtune hauteur de 86 rn et d'une largeur de 43 mm dont les chicanes s'interrompent à 45 mm des parois latérales, l'appareil étant traversé par deux tubes de polytétrafluoréthylène de 16 x 14 mm distants de 60 ma et placés transversalement aux chicanes selon la figure 1. L'assemblé revêtu de la solution suivante s Parties en poids . Résine de résorcinol-formaldéhyde (résine "Penacolite") ....... 2,0 , Formaldéhyde (solution à 37 zen poids) ....................... 1,4 . Hydroxyde d'ammonium concentré ............................... 5,0 . Latex de vinyle et de butadiène (50 % de solides) ............. 25,0 . Latex de caoutchouc ("Néoprène") (50 % de solides) ............ 50,0 . Latex de butadiène (60 % de solides) ("Pyolite 2104") ......... 7,4 . Hydroxyde de sodium ........................................... 0,2 . Eau .... 58,0 était traité à la vitesse de 100 m/mn. On a également pi effectuer à l'aide du même appareil une gélification préalable d'assemblés de fibres de verre ou pré-imprégnés dans le but de permettre leur manipu- lation avant les opérations au cours desquelles intervient la polymérisation complè- te. Il s'agissait d'assemblés de fibres de titre 10 x 800 dtex imprégnés d'une résine thermodurcissable époxyde. Pour obtenir l'état de prégélification désiré, l'assemblé revêtu de la composition suivante : Parties en poids . Résine époxyde (LI 556 de CIBA) ............................... 100 . Trifluorure de bore (Allied Chemical) ......................... 3 a été traité à la vitesse de 60 nVmn. Le dispositif de la figure 2 est destiné au traitement de profilés en résine renforcée de fibres de verre dont la section est supérieure à 15 mm2, Comme il est expliqué plus loin, il conprend deux guides d'onde 30 dont chacun possède une struo- ture analogne à celle du guide 1 et fonctionne selon le même mode. On notera donc simplement que les segments rectilignes 31 du canal rectangulaire se trouvent ici plus longs que dans le dispositif précédent mais en nombre plus réduit ; cette ca- ractéristique dépend des cas d'espèce considérés mais elle n'est bien entendu pas a priori obligatoire.Les tubes isolants 32 sont disposés parallèlement aux chicanes 33, de sorte qu'ils traversent longitudinalement les segments rectilignes 31 dans la zone ou le champ électrique est maximal. Les parois frontales sont donc ici les deux parois 34 et 35. D'autre part, les chicanes 33 leur sont raccordées par une succeasion de dièdres 36, 37 dont les parois forment avec elles un angle de 1350 définissant ainsi une surface prismatique concave comprenant trois pans tels que 361, 34', 37'. Les chicanes peuvent autre assemblées par soudage sur les dièdres 36, 37 ou tout simplement constituées par juxtaposition des deux tôles qui forment ces derniers. Lorsque le canal est replié selon sa plus petite dimension transversale b comme celui de la figure 1, la distance des parois des dièdres 36, 37 à l'extrémité de la chicane 32 est prise égale à 0,85 b. S'il est replié selon la plus grande dimension B, elle sera égale à 0,97 B. En outre, comme la répartition de l'énergie dispensée par le générateur n'est pas constante de l'entrée à la sortie du canal, il est souvent nécessaire d'associer deux ou plusieurs guides pour obtenir d'un profilé à l'autre un traitement suffisam- ment homogène. Dans le cas de la figure 2, les guides d'ondes sont alimentés par un même générateur 38 à pertir d'un diviseur de puissance à 3 dB,39, auquel ils sont raccordés par des brides 40, et ils sont munis chacun d'un piège à eau 41 destiné à absorber l'énergie résiduelle. Par ailleurs, des filières de conformation 42 disposées en amont et en aval de chaque cellule permettent de mettre en forme le profilé chauffé. De plus, un système de manchon isolant 43 permet d'éviter un refroidissement brutal dans la zone séparant les deux cellules. A titre d'exemple, il a été possible d'effectuer à une vitesse de 1 m/mn la polymérisation simultanée de quatre joncs de résine polyester de 6 mm de diamètre renforcés par de la fibre de verre, à l'aide d'un générateur de 1,5 kW alimentant à une fréquence de 1.250 MHz un dispositif constitué par deux cellules d'une longueur active de 100 cm, traversées par quatre tubes de PTFE de 16 x 14 14 mm distants entre eux de 86 mm. Des filières métalliques courtes disposées aux extrémités de chaque cellule permettaient la conformation des joncs. Il est bien entendu possible, sans sortir du cadre de l'invention, de prévoir de nombreuses variantes aux exemples décrits ci-dessus. REVENDICATIONS 1. Dispositif de chauffage hyperfréquence comprenant au moins un guide d'ondes monté sur un émetteur de forte puissance et muni d'un piège convenable assurant l'absorption de l'onde à sa sortie, ce guide possédant la forme d'une boite reetan- gulaire plate entourant le passage du produit à traiter, munie de cloisons métalli- ques internes disposées en chicane et raccordées alternativement à deux parois externes opposées pour dessiner un canal en accordéon, caractérisé en ce que cee parois externes sont formées par une série de surfaces de type cylindrique (7, 8) à concavité interne, disposées en festons décalés et se raccordant aux cloisons en chicane (6, 33) par une arSte commune (9) pour former les méandres successifs qui relient les segments rectilignes du canal. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites surfaces (7, 8) constituant le contour externe cintré de chaque méandre de canal reproduisent un coude arrondi. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le contour exter- ne cintré de chaque méandre est formé d'un ensemble de pans coupés (36', 34', 37'). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque méandre comprend deux pans coupés (36', 37') disposés à 450, à une distance des extrémités de la chicane correspondante (33) inférieure à la diiension du canal perpendiculaire à cette chicane. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est traversé à si-épaisseur par au moins un tube (19, 32) en matière didleo- trique constituant pour le produit à traiter un passage isolé de l'espace interne du guide d'ondes. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque tube isolant est raccordé à des organes permettant d'effectuer un balayage par un courant gazeux. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les organes de balayage comprennent un organe d'alimentation en gaz chauds. 8. Dispositif selon la revendication, caractérisé en ce que les tubes isolants (19, 19') sont disposés dans la direction du champ électrique, transversalement aux segments rectilignes du canal. 9. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les tubes isolants (32) sont disposés dans le sens de la longueur des segments rectilignes (31) du canal et dans l'axe de ces derniers. 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce de courtes filières (42) de conformation du produit sont montées à l'une au modne des extrémités des tubes isolants. 11. Dispositif selon l'une des revendications précedentes, comprenant plusieurs guides d'ondes (30) disposés l'un derrière l'autre sur la trajectoire du produit à traiter. 12. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les guides successifs sont montés symétriquement. 15. Dispositif selon l'une des revendications 1 1 et 12, caractérisé en ce que les guides successifs comprennent des tubes isolants raccordés entre eux par des manchons isolants (43).