Brevet FR2460769A1 — publié le 19810130

Procédé et installation pour la fabrication d'articles en matériau thermodurcissable. On connaît depuis longtemps le principe même de la fabrication d'articles à partir de résine synthétique mise en forme puis chauffée. Parmi les très nombreuses variantes de ce principe général, on trouve celui qui consiste à imprégner des fibres de verre avec une résine polyester, puis à enrouler des fibres imprégnées sur un mandrin, puis à chauffer l'ensemble jusqu'à obtention du durcissement désiré, puis å retirer le mandrin. Les installations connues présentent des inconvénients de manutention, d'encombrement et de consommation d'énergie. Après avoir obtenu la mise en place du matériau thermodurcissable sur une forme ou mandrin, on place cet ensemble dans une étuve pendant tout le temps nécessaire au durcissement, c'est-à-dire à la polymérisation de la résine synthétique. On comprend que l'étuve doit être chauffée en permanence car elle a un volume si grand qu'il est exclus de ne mettre le chauffage en route qu'au moment de l'introduction des articles à durcir et de l'arrêter au moment où les articles étant terminés, on les retire de l'étuve. Non seulement l'étuve doit être chauffée en permanence mais, de plus, elle a un mauvais rendement thermique à cause des pertes diverses par conduction, convection et rayonnement et à cause de la consommation d'énergie nécessaire au préchauf- fage,à quoi s'ajoute l'énergie perdue lors du refroidissement quand on arrête le chauffage. En d'autres termes avec les installations connues il est impossible de commencer la fabrication d'articles tant que l'étuve n'est pas arrivée à la température voulue. Lorsque les articles fabriqués ont de très grandes dimensions comme c'est le cas, par exemple, des poteaux, tuyaux, mâts etc, l'étuve doit elle-même avoir des dimensions très importantes puisqu'elle doit les contenir tout entiers. Or le chauffage étant relativement long, le durcissement du matériau n est pas instantané et l'ensemble mandrin-matériau thermodurcissable doit rester dans l'étuve pendant un temps relativement long. Tant que le durcissement n'est pas obtenu, le matériau peut se déformer sous l'effet de la pesanteur et il est exclus de pouvoir disposer horizontalement les articles places dans l'étuve car au lieu d'obtenir un article régulier et, par exemple, de section parfaitement circulaire, on obtiendra un article déformé puisqu'une partie du matériau encore pâteux se serait accumulée au voisinage de la génératrice inférieure, ce qui donnerait à l'ensemble une section rappelant la forme d'une poire. Dans ces conditions, on est contraint de construire des étuves verticales ce qui suppose des bâtiments très hauts ou la présence de profondes cavités prévues au-dessous du niveau du sol. Comme ces articles doivent être fariqués horizontalement, et qu'après durcissement ils doivent également être stockés horizontalement, il s'en suit des manutentions longues et difficultueuses pour les faire passer d'abord de la position horizontale à la position verticale, afin de les déplacer ains jusqu'à l'étuve et afin de les sortir de l'étuve et, ensuite, pour les ramener de la position verticale à la position hori zontale de stockage. Enfin, en dehors des problemes d'énergie et de manutention, l'un des inconvénients des installations actuelles est de nécessiter la présence relativement longue des articles dans l'étuve de sorte que la polyniérisation de la résine se fait relativement lentement c'est-à-dire dans un temps de l'ordre de quarante minutes. Dans la pratique, il serait techniquement meilleur d'obtenir une polymérisation rapide pendant que le produit a la forme exacte qu'on vient de lui donner. Mais, si la polymérisation rapide a l'avantage de "saisir" le produit dans ses conditions de fabrication, elle a quand même aussi l'inconvénient d'être moins favorable quant aux caractéristiques de la résine durcie. La meilleure solution consiste donc à adopter un compromis entre une trop grande lenteur et une trop grande rapidité, à condition d'être en mesure de choisir. Selon un procédé de fabrication connu, on enroule des bandes autour des fibres de verre imprégnées de résine polyester pour obtenir des précontraintes radiales. Lorsque la polymérisation se fait lentement comme avec les installations actuelles, la précontrainte radiale se relâche partiellement et perd une partie de son efficacité. La présente invention remèdie à l'ensemble des inconvénients rappelés ci-dessus et permet d'obtenir une polymérisation optimum, sans préchauffage et sans perte d'énergie du fait que l'élévation de température est contrôlée en permanence et est appliquée, par conséquent, seulement lorsque cela est nécessaire, article par article. L'invention sera bien comprise par la description détaillée ci-après faite en référence au dessin annexé. Bien entendu la description et le dessin ne sont donnés qu'à titre d'exemple indicatif et non limitatif. La figure unique du dessin est une vue schématique montrant un mode de réalisation d'une installation conforme à l'inven- tion. Le procédé conforme à l'invention pour la fabrication d'articles est du type qui consiste à utiliser un mandrin, à recouvrir ce dernier avec un matériau thermodurcissable, à chauffer l'ensemble puis à retirer le mandrin pour obtenir un article formé et est caractérisé en ce que l'on provoque une élévation de température du mandrin seulement afin que la chaleur soit transmise au matériau par conduction directe de l'intérieur vers l'extérieur de l'ensemble. Ceci présente de nombreux avantages par rapport aux installations connues. En effet, lorsque l'on place des objets dans une étuve les calories transitent de l'extérieur vers l'intérieur et commencent par durcir le matériau avant de porter le mandrin intérieur à sa température maximale, de sorte qu'il se produit une dilatation du mandrin, alors que le matériau extérieur est déjà durci. En agissant selon le procédé conforme à l'invention, on obtient d'abord le chauffage du mandrin et sa dilatation puis, après que cette dilatation a été obtenue, et seulement après, le matériau reçoit les calories nécessaires à son durcisse- ment. Le matériau, après que ses dimensions se trouvent fixées par la réaction de polymérisation, ne subit donc plus aucune contrainte due à la dilatation thermique du mandrin puisque celui-ci a été préalablement porte à sa température maximale. Il n'y a donc plus de dilatation du mandrin après la fixation des dimensions du matériau. Lors du refroidissement le mandrin se contracte tandis que le matériau durci garde sensiblement ses dimensions définiti ves de sorte qu'il y a un decolage automatique du mandrin par rapport au matériau ce qui facilite grandement l'extraction du mandrin. Lorsque le mandrin est métallique, on provoque l'élévation de température de ce mandrin par un moyen électrique tel qu'in duction, effet Joule ou analogue (micro-ondes etc...). C'est, en effet, par la mise en oeuvre de moyen électriques que le procédé conforme à l'invention acquiert toutes ses qualités à l'égard des économies d'énergie. Selon une variante du procédé conforme à l'invention, on provoque l'apport de calories au mandrin dans une zone restreinte et on fait traverser cette zone par l'ensemble mandrin-matériau durcissable immédiatement après mise en place d'au moins une fraction du matériau sur le mandrin et, cela, au fur et à mesure de cette mise en place. Ainsi, par exemple, lorsqu'il s'agit de fabriquer un corps long tel qu'un tube ou un poteau, on provoque l'élévation de température du mandrin et, par suite la polymérisation du matériau, en commençant par une extrémité du produit tandis que l'autre extrémité n'est pas encore terminée. On peut de la sorte réaliser une installation qui fonctionne en continu puisque toutes les opérations de constitution et de finition se font les unes après les autres en commençant, bien entendu, par la mise en place du matériau sur le mandrin, puis le durcissement de la matière, puis le retrait du mandrin et enfin le stockage de l'article fini. En se reportant au dessin, on voit qu'une installation conforme à l'invention et qui permet la mise en oeuvre du procédé que l'on a décrit ci-dessus, comprend ici un ensemble 1 monté ro tatif et portant des bobines de fibres de verre (non représentée cet ensemble 1 constituant un double cantre ainsi que cela est connu en soi. En aval de l'ensemble 1, se trouve une tête d'imprégnation 2 dans laquelle se produit l'imprégnation aussi parfaite que possible des fibres de verre avec un matériau thermodurcissable tel qu'une résine polyester. En aval de la tête d'imprégnation 2 se trouve un ensemble 3 portant des bobines 4 pour délivrer des rubans par dessus le matériau thermodurcissable ainsi que cela est connu. En aval de l'ensemble 3, se trouve un ensemble 5 qui est relié par des conducteurs 6 à une armoire électrique 7 elle-meme reliée au secteur par un câble d'alimentation 8, cette armoire 7 contenant toutes les connexions et tous les organes nécessaire ainsi qu'un ensemble de boutons de commande 9 et des cadrans de contrôle 10 pour constituer un générateur de chauffage par induction de tout type connu en soi. L'ensemble 5 est fixé à un support (non représenté) par des pattes 5 a pour être situé au dessus de l'axe commun à tous les éléments précédemment décrits. De la sorte, l'inducteur proprement dit qui est constitué par des spires 11 est placé dans l'axe du trajet du mandrin afin que ledit mandrin doive passer, sans contact matériel, à l'in- térieur de l'inducteur 11. L'installation représentée sur le dessin est du type comprenant un dispositif de mise en place d'un matériau thermodurcissable qui est fixe (ensemble 1 et 2) tandis que le mandrin sur lequel l'objet doit être forme est mobile. A cette fin l'installation comprend un dispositif de déplacement du mandrin en translation simple (non représenté) et comprenant un élément de traction tel qu'un câble 12 muni d'un crochet 13 devant coopérer avec l'extrémité 14 d'un mandrin métallique 15. Ainsi que cela est connu, l'extrémité du mandrin opposée à l'extrémité 14 est munie d'une partie 16 susceptible de recevoir des organes de réunion 17 pour l'extrémité 14' du mandrin suivant, de sorte que le crochet 13 doit être assujetti à l'extrémité 14' du mandrin suivant lorsque le premier aura été évacué, le mandrin suivant devant lui-même être assujetti par son extrémité aval à un autre mandrin, et ainsi de suite. Avec ces dispositions on fait d'abord passer le crochet 13 et le câble 12 à l'intérieur des spires de l'inducteur 11, puis à l'intérieur des ensembles 3 et 2 jusqu a ce que le crochet 13 puisse être assujetti à l'extrémité 14 du mandrin qui ne se trouve, à ce moment, qu'à l'intérieur de l'ensemble des cantres mobiles 1. Le dispositif moteur (non représenté) est mis en route pour provoquer la translation simple du mandrin 15 dans le sens de la flèche F et, ainsi que cela est connu en soi, la tête d'imprégnation 2 dépose sur le mandrin 15 le matériau thermodurcissable qui est composé de fibres de verre délivrées par l'ensemble 1 et de résine synthétique. Le matériau est ainsi disposé sur le mandrin 15 en deux nappes hélicoidales et la translation selon la flêche F se fait à une vitesse qui est fonction de la vitesse de mise en place de la tête 2 pour que le pas des nappes de fibres imprégnées soit correct. Le mandrin 15 est donc recouvert de matériau thermodurcissable par mise en place progressive des nappes de fibres imprégnées. Dès que ces nappes sont placées grâce à la tête 2, l'ensemble 3 délivre un certain nombre de rubans eux-même disposes en nappes helicoldales et selon une tension telle que ces rubans constituent un guipage devant provoquer une précontrainte radiale du matériau thermodurcissable et constituent simultanément, le "contre-moule" du matériau thermodurcissable afin de donner à l'objet les dimensions et les formes voulues entre le mandrin intérieur 15 et le guipage extérieur. C'est dans cet état que l'ensemble mandrin 15-matériau thermodurcissable 18 passe à l'intérieur des spires 11. L'ensemble 15-18 animé d'un mouvement de translation présente donc la totalité de sa longueur à l'inducteur 11 lui-même maintenu immobile. Le générateur de chauffage par induction 7 engendre un champ de moyenne fréquence à l'intérieur de l'inducteur 11, ce qui a pour effet de provoquer une élévation de température du mandrin 15 seulement, celui-ci étant métallique. On obtient ainsi les effets décrits ci-dessus c'est-à-dire le chauffage du mandrin avant le chauffage du matériau durcissable ce qui a pour avantage de provoquer d'abord la dilatation du mandrin puis le durcissement du matériau et non l'inverse comme cela est connu jusqu'à maintenant. Ce mode de chauffage par induction est en outre remarquable en ce que la puissance de chauffe est instantanément disponible au niveau du mandrin 15 et ne nécessite donc aucun préchauffage. De même, l'arrêt de ce chauffage est instantané puisqu'il disparait dès que l'on interrompt le passage du courant dans les spires 11. En conséquence, il est possible de ne déclencher le chauffage que lorsqu'il est absolument nécessaire et de l'interrompre lorsqu'il n'est plus nécessaire. Il est donc possible, par exemple, de commencer la fabrication des articles à tout moment, sans tenir compte des impératifs de chauffage (ou de préchauffage) et de ne mettre en route le générateur 7 qu'au moment où arrive le premier ensemble mandrin 15matériau 18 et d'arrêter le générateur 7 dès que cet ensemble a complètement traversé le générateur 11. Cet arrêt et cette remise en marche instantanés sont particulièrement appréciables à l'égard des économies d'énergie. Par comparaison au temps de durcissement dans une étuve qui est de quarante minutes comme on l'a précisé plus haut, celui que procure l'invention est considérablement meilleur puisqu'il est de l'ordre de quarante secondes seulement. Dans la pratique, on doit ajuster la puissance du générateur 7 et de l'inducteur proprement dit 11 ainsi que la longueur sur laquelle les spires s'étendent par rapport à l'axe de l'objet à fabriquer en fonction de la vitesse de fabrication de l'article afin que le durcissement du matériau thermodurcissable soit obtenu en synchronisme avec la constitution proprement dite du matériau par enroulement des fibres imp régnées de sorte qu'à la sortie de l'installation l'article est complètement terminé. On voit que la fabrication d'articles selon le procédé conforme à l'invention et avec une installation du type décrit ci-dessus, permet d'obtenir une fabrication continue qui, entre autres avantages, élimine totalement la manutention des articles depuis l'installation de fabrication jusqu'à une étuve puis de l'étuve jusqu'a la zone de stockage et cela avec des changements d'orientation de sorte qu'en plus des économies d'énergie on peut abaisser le prix de revient des articles obtenus puisque toutes les opérations se trouvent soit simplifiées soit réalisées à moindre coût. Comme on l'a indiqué plus haut, le matériau thermodurcissable est durci lorsque le mandrin est dilaté de sorte qu'après le chauffage, le mandrin se contracte en refroidissant et tend à se décoller du matériau thermodurcissable qui, lui, conserve à très peu de choses près les dimensions fixées lors du durcissement puisque ce matériau présente un faible retrait. L'extraction du mandrin se trouve facilitée et, ici encore, on obtient un gain de temps appréciable. En résumé, l'invention apporte une meilleure efficacité de production grâce à une mise en route rapide et à une simplification des manutentions, procure une importante économie d'énergie lors de la réaction de polymérisation et donne aux articles fabriques des caractéristiques mécaniques amé livrées. L'invention n'est pas limitée au seul mode de réalisation décrit et représenté, mais on embrasse, au contraire, toutes les variantes. En particulier on pourrait obtenir le chauffage du mandrin par des moyens différents de ceux décrits et, par exemple, par exploitation de l'effet Joule. REVENDICATIONS 1- Procédé pour la fabrication d'articles du type qui con siste à utiliser un mandrin, a recouvrir ce dernier avec un matériau thermodurcissabl-e, à chauffer l'ensemble puis à retirer le mandr-in pour obtenir un article forme, carac térisé en ce que l'on provoque un apport de calories au mandrin seulement afin que la chaleur soit transmise au matériau par conduction directe de l'intérieur vers l'ex térieur de l'ensemble, cette opération se faisant article par article. 2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mandrin étant métallique, on provoque un apport de ca tories par un moyen électrique tel qu'induction, effet Joule ou analogues. 3- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 ci-dessus, caractérisé en ce que l'on provoque l'apport de calories au mandrin dans une zone restreinte et en ce que l'on fait traverser cette zone par l'ensemble mandrin matériau durcissable immédiatement après mise en place de matériau sur le mandrin et, cela, au fur et à mesure de cette mise en place. 4- Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 ci-dessus, caractérisée en ce qu'elle comprend d'une part un dispositif de tout type connu pour la mise en place d'un matériau thermodur cissable sur un mandrin, d'une deuxième part un dispositif moteur destine au déplacement relatif entre au moins un mandrin et le dispositif de mise en place d'un matériau thermodurcissable et d'une troisième part, un dispositif destiné à provoquer une élévation de température d'au moins une partie du mandrin, ce dernier dispositif étant monté de telle manière qu'il se produisetun mouvement relatif entre lui et le mandrin. 5- Installation selon la revendication 4 caractérisée en ce que comprenant un dispositif de mise en place d'un mate riau thermodurcissable de type fixe et un dispositif de déplacement du mandrin en translation simple, le dispositif destiné à provoquer une élévation de température du mandrin est fixe et place immédiatement en aval du dispositif de mise en place du matériau thermodurcissable, au voisinage immédiat du trajet que le mandrin doit suivre. 6- Installation selon la revendication 5 caractérisée en ce que le mandrin étant en métal, le dispositif destiné à provoquer une élévation de- température dudit mandrin est du type à induction dont 1 'inducteur,composè de spires, est placé dans l'axe du trajet du mandrin afin que l'en semble mandrin-matériau thermodurcissable doive passer, sans contact matériel, à l'intérieur de l'inducteur.