Brevet FR2428369A1 — publié le 19800104

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour le traitement thermique d'objets par émission de micro-ondes. Elle s'applique en particulier mais non exclusivement à la vulcanisation de pièces en caoutchouc. D'une manière générale on sait que la vulcanisation est un processus essentiel dans la fabrication des objets en caoutchouc et que ce processus est principalement obtenu par le chauffage d'un mélange contenant du souffre et des accélérateurs. La montée en température est obtenue, par exemple, en plaçant le caoutchouc dans le moule d'une presse, dans une enceinte d'air chaud ou dans un autoclave contenant de la vapeur sous pression. Pour la vulcanisation en continu, on utilise également les procédés à l'air chaud, au bain de sel ou au lit fluidisé (billes de verre flottant dans un courant d'air chaud). Dans tous les cas, le transfert des calories se fait de l'ex- térieur vers l'intérieur de la masse à chauffer. En raison de la mauvaise conductibilité à la chaleur du caoutchouc, le temps de transfert de ces calories est très long et une grande partie de la durée de vulcanisation en "temps de presse" se passe a attendre que le produit atteigne à coeur la température adéquate. Mais pour des pièces épaisses, lorsque le centre est enfin à la bonne température, l'extérieur, en contact avec la source de chaleur, risque d'avoir cuit trop longtemps et d'avoir subi une réversion plus ou moins prononcée. La solution est donc de développer une température homogène dans tout l'objet par un moyen de chauffage qui ne soit pas basé sur la conductibilité de chaleur. Ce moyen a été trouvé dans l'utilisation d'ondes électromagnétiques, plus communément appelées micro-ondes qui peuvent être générées par exemple au moyen d'un magnétron. L'effet que les micro-ondes produisent dans un caoutchouc polaire, c'est-à-dire son échauffement homogène, est da au fait que les molécules entrent en vibration sous l'effet de l'intensité et de la fréquence du champ électromagnétique. Les molécules en vibrant et en se heurtant les unes aux autres, produisent une friction moléculaire qui est transformée en chaleur. La partie d'un appareil à micro-ondes dans laquelle se propage l'énergie créée par un magnétron est appelée applicateur et consiste en une enceinte métallique, non magnétique, aux dimensions calculées en fonction de la fréquence , de la densité d'énergie nécessaire pour un produit donné et l'échauffement que l'on désire obtenir. A titre d'applicateur, on citera en exemple s - les cavités résonnantes cylindriques ou parallélépipédiques, - les guides d'ondes circulaires ou rectangulaires, - les cavités résonnantes fendues, - les guides d'ondes fendus, - les guides d'ondes à méandres. Dans de tels applicateurs, le produit qui se trouve chauffé dans sa masse, tend cependant à perdre ses calories en rayonnant dans l'ambiance extérieure, dans la mesure où celle-ci se trouve à une température inférieure. Ce phénomène se traduit par un refroidissement à la périphérie du produit ce qui dans le cas de la vulcanisation, constitue un inconvénient important, en effet s la périphérie de la pièce qui se trouve à une température inférieure à celle du coeur peut demeurer pâteuse et peut donc être marquée par son support, par exemple le tapis d'entratnement. En outre une fois vulcanisée, la pièce présente une moins bonne homogénéité. Pour supprimer cet inconvénient on a pensé faire circuler, à l'intérieur de l'applicateur un courant d'air chaud, par exemple à une température légèrement supérieure à la teipérature i laquelle on désire élever le produit. Toutefois une telle circulation d'air chaud présente également des inconvénients s - Elle est tout d'abord le siège d'une déperdition importante de chaleur, notamment sur les parois de l'applicateur, qui comme précédemment mentionné sont réalisées en métal généralement bon conducteur. - Elle provoque un réchauffement nuisible du générateur d'ondes électromagnétiques. - Elle introduit à l'intérieur de l'applicateur une surpression de sorte que les poussières, les fumées ou autres impuretés, peuvent venir se déposer à l'intérieur du générateur de microondes, et constituer ainsi des charges parasites. A ces inconvénients se rajoute celui dû au fait que dans la plupart des applicateurs actuellement utilisés, en l'absence de charge ( & vide),il se produit des ondes stationnaires à taux (TOS) élevé, qui provoquent l'échauffement du générateur de micro-ondes et risquent même de le détériorer. L'invention a donc pour but de supprimer tous ces inconvénients. A cet effet, le procédé selon l'invention consiste à placer les objets à traiter à l'intérieur d'une enceinte en un matériau inerte aux micro-ondes et thermiquement isolant, cette enceinte étant disposée à l'intérieur de l'applicateur, et à faire passer, à l'intérieur- de ladite enceinte un courant d'air chaud, par exemple à une température légèrement supérieure à la température de traitement des objets. I1 est clair qu'ainsi, il ne se produit aucune déperdition calorifique entre l'atmosphère interne de l'enceinte et les masses métalliques de l'applicateur. Par ailleurs, cette disposition permet de créer à l'intérieur de l'applicateur une légère surpression, par exemple au moyen d'un courant d'air frais servant également au refroidissement du générateur de micro-ondes, de telle manière que les poussières, les impuretés ou même les fumées dégagées à 1'intérieur de l'enceinte ne peuvent pas venir se déposer sur les parois de l'applicateur, ou meme à l'intérieur du générateur de micro-ondes. Selon une autre caractéristique de l'invention, la susdite enceinte est réalisée en un matériau absorbant l'humidité. Dans ce cas, pendant les phases d'arrêt de fonctionnement de l'appareil, la susdite enceinte absorbe l'humidité de l'air qu'elle contient de sorte que lorsque l'on remet en route le générateur de microondes, du fait de l'eau qu'elle renferme, l'enceinte se comporte comme une charge et s'échauffe, de sorte que,mème en l'absence de charge, l'applicateur se trouve adapté au générateur avec un TOS réduit. Cet échauffement de l'enceinte constitue un préchauffage qui se poursuit jusqu'à ce que toute l'humidité contenue dans la matière formant l'enceinte se soit évaporée et ait été évacuée par le courant d'air chaud. Selon un mode d'exécution avantageux de l'invention, l'applicateur est conçu pour un traitement en continu de pièces et comprend une succession de cavités résonnantes réunies les unes aux autres par des guides d'ondes, la susdite enceinte consiste en un tunnel passant à l'intérieur des guides d'ondes et traversant les cavités résonnantes. Dans ce cas, les pièces à traiter en continu sont acheminées à l'intérieur du tunnel dans lequel circule un courant d'air chaud. Un mode de réalisation de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 est une coupe longitudinale schématique d'une installation de traitement, en continu, par micro-ondes ; La figure 2 est une coupe transversale selon A-A de l'installation représentée figure 1. L'installation de traitement représentée figures 1 et 2 est plus particulièrement destinée à la vulcanisation, en continu, de profilés de caoutchouc, à la sortie d'une extrudeuse. Cette installation comprend un applicateur formé d'une succession de cavités résonnantes 1 reliées les unes aux autres à leur partie supérieure par des guides d'ondes 2, de section rectangulaire, et coaxiaux. A chacune de ces cavités résonnantes 1 est associé un générateur de micro-ondes comprenant,à l'extérieur de la cavité, successivement un magnétron 3, un guide d'ondes rectangulaire 4 et un guide d'ondes circulaire 5 couplé au guide d'ondes rectangulaire 4 au moyen d'une antenne, et, à l'intérieur de la cavité 1, une antenne à fentes rayonnantes 6 prolongeant le guide d'ondes circulaire 5. Cet applicateur est traversé de part en part paL un tunnel en fibrociment 7 plus communément appelé "asbestolith", de forme sensiblement rectangulaire et de section extérieure sensiblement égale à la section intérieure des guides d'ondes 2. Ce tunnel 7 tapisse donc les guides d'ondes rectangulaire 2 et passe au travers de chacune des cavités résonnantes 1. Ainsi, pour vulcaniser des pièces en caoutchouc, par exemple un profilé en caoutchouc, on les fait défiler, à la sortie de l'extrudeuse, dans le tunnel 7. Ces pièces passent ainsi dans chacune des cavités 1 et la durée du traitement est donc fonction de la vitesse de défilement, du nombre de cavités résonnantes 1, et de la puissance des générateurs de micro-ondes utilisés. Parallèlement, on fait circuler, à l'intérieur du tunnel 7 un courant d'air chaud à une température légèrement supérieure à la température de traitement. Par ailleurs, à chacun des générateurs de micro-ondes est associée une soufflerie qui assure le refroidissement du magnétron 3, et permet d'établir, à l'intérieur des cavités l,une légère surpression par rapport à la pression de l'air circulant dans le tunnel. Ainsi, dans le cas où le tunnel 7 est sujet à des fuites, les impuretés ou les fumées dégagées à l'intérieur du tunnel ne peuvent pas pénétrer dans les cavités résonnantes 1, et, à plus forte raison,dans le générateur de micro-ondes. Pour permettre l'accès à l'intérieur du tunnel 7, la face supérieure de l'applicateur (cavités résonnantes 1 et guides d'ondes rectangulaires 2) et du tunnel 7, sont amovibles. Comme on peut le voir sur la figure 2, la face supérieure de l'applicateur consiste en une succession de couvercles 8 montés pivotants (articulation 9) sur la structure fixe de l'appa- reil et qui sont actionnés par des vérins 10. Ces couvercles portent, fixées sur leur face inférieure, des plaques en fibrociment 11 constituant la face supérieure du tunnel 7. Une telle disposition facilite l'accès à l'intérieur du tunnel 7 sans qu'il puisse tomber, à l'intérieur des cavités résonnantes 1, des objets ou meme des poussières. RVENDI CATIONS 1.- Procédé de traitement thermique d'objets par émission de micro-ondes, caractérisé en ce que l'on crée à l'intérieur de l'applicateur une surpression par rapport à la pression do gaz k l'intérieur de la susdite enceinte. 2*- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la susdite surpression est obtenue au moyen d'un courant d'air frais servant également au refroidissement du générateur de microondes. 3.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la susdite enceinte est réalisée en un ma- t ériau absorbant l'humidité tel que le fibrociment. 4.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'applicateur comprend une succession de cavité. résonnantes réunies les unes aux autres par des guides d'ondes, et en ce que ladite enceinte consiste on un tunnel passant dans les guides d'ondes et traversant les cavités résonnantes0 5. Procédé selon l'une des revendications précédenteo, caractérisé en ce que le susdit applicateur et le susdit tunnel présentent ran côté amovible pour permettre un accus k l'intérieur du tunnel qui s'étend sur toute la longueur et forme un canal. 6.- Appareil pour le traitement thermique d'objets par émis- sion de micro-ondes, caractérisé en ce qu'il comprend un applicateur consistant en une succession de cavités résonnantes reliées les unes aux autre, à leur partie supérieure, par des premiers guides d'ondes de section rectangulaire, chacune des cavités résonnantes étant associée à un générateur de micro-ondes compre- nana, k l'extérieur de la cavité, successivement, un magnétron, un second guide d'ondes rectangulaire et un guide d'ondes circulaire, couplé au guide d'ondes rectangulaire au moyen d'une antenne, et, k l'intérieur de la cavité, une antenne k fente rayonnan te. prolongeant le guide d'ondes circulaire, et en ce que ledit applicateur est traversé par un tunnel de forme sensiblement rectangulaire de section extérieure sensiblement égale à la section intérieure desdits premiers guides d'ondes rectangulaires, ce tunnel tapissant lesdits premiers guides d'ondes et passant au travers de chacune des cavités résonnantes0 7.- Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que la face supérieure de l'applicateur consiste en une succession de couvercles montés pivotanie sur la structure fixe de l'appareil, et qui portent, fixées sur leur face inférieure, des plaques constituant la face supérieure du tunnel. 8.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le susdit tunnel est réalisé en fibrociment ou similaire.