Brevet FR2488241A1 — publié le 19820212

La présente invention concerne des perfectionnements à la fabrication de fibres de matériaux thermoplastiques, en verre spécial, perfectionnements qui s'appliquent au procédé connu dans l'art antérieur afin d'obtenir des fibres à partir d'un flux de matériau fondu s'écoulant dans un disque tournant creux. Ce disque est constitué d'une bande périphérique ayant un grand nombre d'orifices de taille réduite, dont les diamètres peuvent être égaux entre eux ou différents, à travers lesquels sortent de petits filaments du matériau fondu chassés par la vitesse du disque tournant. Sur ces fils passe un courant circulaire de gaz chauds ayant une vitesse élevée, et produisant l'élargissement et le rétrécissement simultanés de ceux-ci.En même temps, ces petits filaments se refroidissent et se sodidifient, se coupent en morceaux de longueur variable, produisant ainsi un voile circulaire de fibres qui descend verticalement et est récupéré par une bande transporteuse circulant à la vitesse appropriée sous les appareils fibreurs. Dans ce procédé de fabrication connu pour matériaux thermoplastiques, en verre spécial, il est nécessaire de tenir compte d'une série de paramètres, que dans de nombreux cas les procédés utilisés actuellement ne permettent pas d'assurer en ce qui concerne la quantité et la durée de manière adéquate, ce pourquoi il se révèle nécessaire d'introduire les perfectionnements selon l'invention. Ainsi par exemple, un des paramètres les plus importants à prendre en compte est celui de la viscuosité de la fibre de matériau thermoplastique, qui doit être maintenue la plus constante possible pendant tout le processus, car de celle-ci dépend la régularité de la formation des petits filaments à travers les orifices du disque. D'autre part, une légère variation de la température, représente une variation de la viscosité , pour laquelle il est nécessaire de bien contrôler ladite température afin d'assurer le maintien d'une viscosite constante. L'écoulement du matérau thermoplastique s'effectue à partir de la base d'un canal de distribution par un orifice normalement circulaire et parcourt un trajet vertical jusqu'à sa rencontre avec le disque fibreur rotatif. Le long de ce parcours, le verre se refroidit par radiation et convection, ce qui a pour résultat que, lorsque leflux de verre arrive au disque, sa température est inférieure à celle qu'il avait à la sortie du canal. Ceci ne presenterait aucun inconvénient si le refroidissement était constant, mais il n'en n'est pas ainsi, du fait qu'il dépend des conditions awtbiantes rencontrées par le flux de verre. Les inconvenients de l'art antérieur sont résolus avec les perfectionnements selon la présente invention qui consistent à placer un brûleur pour le chauffage du fluxde matériau thermoplastique Ce brûleur est situé à l'entrée de l'écoulement dans 19appareil fibreur et a pour rôle de le réchauffer pour compenser les pertes de chaleur décrites précédemment, en prévoyant en outre des dispositifs de chauffage le long du parcours du flu à l'intérieur du corps du fibreur. Un autre des paramètres qui doit être contrôlé dans le procéde est le débit du verre sortant par chaque orifice Se la bande périphérique du disque, lequel dépend entre autres variables de l'épaisseur du verre fondu se trouvant derrière ledit orifice, et de la pression sur le verre qui y est contenu. La formule mathématique du débit qui sort par l'un desdits orifices est la suivantes : q = qO (1+ss) d dans laquelle 6 est l'apaisseur du verre, d est l'épaisseur de la bande périphérique et qO est le débit critique correspondant à unecouche de verre d'épaisser nulle.Comme-on le voit d'après la formule ci-dessus, si la couche de verre fondu qui se trouve sur la bande périphérique du disque n'est pas uniforme, c'est-à-dire avec une épaisseur (6) qui n'est pas constante sur toute la superficie, le débit sortant par chaque orifice n'est pas davantage constant et de même les diamètres de fibre, obtenus à la sortie de chaque orifice sont variables, ce qui fournit un produit de mauvaise qualité. La majeure partie des dispositifs actuellement en fonctionnement comprennent un disque ayant un fond plat et une bande périphérique perpendiculaire audit fond et dans ces dispositifs, le flux de matériau therirOplastique tombe sur la base du disque tournant, qui l'expulse jusqu'a sa périphérie. En arrivant au bas de la bande périphérique, le verre est dirigé de force vers le haut. Ce dispositif est très imparfait, et nécessairement il se produit une diminution de l'épaisseur de la couche de verre à mesure que celle-ci s'élève sur ladite bande. Il existe de nombreux dispositifs qui, pour éviter cet incnvénient, disposent d'un distributeur central. Ce distributeur consiste en une cuvette qui comporte des orifices ou ouvertures sur une bande périphérique.Le flux de matériau thermoplastique s'écoule dans ladite cuvette, en sort expulsé par les orifices de sa bande latérale, jusqu'à la bande périphérique extrudeuse du disque. De cette manière, on obtient une bonne répartition périphérique du verre au prix cependant d'une plus grande complexité du dispositif fibreur. Le nouveau système selon la présente invention prévoit que le flux de matériau thermoplastique est recueilli sur une surface conique qui renvoie ce flux de cette surface conique à la bande périphérique extrudeuse qui lui est solidaire. L'axe de cette surface conique peut coïncider ou non avec l'axe du disque. Dans le premier cas, le flux de matériau thermoplastique bute contre la ligne centrale de la surface tronconique qui le renvoie au centre de la bande périphérique, ce qui le répartit de manière uniforme, que ce soit en haut ou en bas, par force centrifuge et gravité, alors que dans le second cas le flux de matériau thermoplastique tombe toujours à une hauteur distincte à chaque tour de l'axe, , ce qui implique que le matériau thermoplastique sort expulsé à des hauteurs différentesde la bande extrudeuse,/parvenant ainsi à améliorer sa répartition sur celle-ci. La détermination de l'angle minimum de conicité du distributeur stobtient par l'équation tg a = g qui est le rapport entre l'accélération centrifuge et l'accé- lération de la gravité. Plus grand sera a, plus tôt le verre se détachera du cône et sortira sur la bande périphérique. Auparavant, nous avons vu que l'expression du débits qui sort par l'orifice d'extrusion,est q =q,(l+ d > Nous allons examiner maintenant qO pour contrôler les facteurs qui y interviennent. a > 2D w4 q0 = 256" Pour que qO soit constant, il faudra maintenir précisément la constance des variables qui interviennent dans son équation, ou bien le rapport entre elles. En examinant ces variables : U : vitesse angulaire de rotation, D : diamètre du disque, : diamètre des orifices d'extrusion, v : viscosité cinétique, on observe que toutes ces variables sont facilement contrôlables à l'exception de la viscosité, pour laquelle on vérifie ce qui a été indiqué ci-dessus, c'est-àdire, que le contrôle de la viscosité est essentiel pour assurer un débit constant du fluide à travers les orifices du disque fibreur. Le verre contenu dans le disque se refroidit en raison de la chaleur transmise par le disque, qui à son tour la perd par radiation et convection à l'air ambiant et par conduction en raison de la structure du fibreur. Pour compenser ces pertes de chaleur, le fibreur de la présente invention comporte, dans la partie inférieure du disque, un brûleur orienté vers la bande extrudeuse, et qui chauffe le matériau thermoplastique passant continuelle ment devant la flamme. En raison de la durée de vie du disque, les orifices extrudeurs subissent un agrandissement causé par l'érosion du matériau thermoplastique à haute température. Etant donné que qO est proportionnel au quart de la puissance du diamètre 4 de ces orifices (0 ), il en résulte que qO augmentera en fonction de la durée de vie du disque, produisant ainsi des fibres chaque fois plus grosses. Cependant dans le fibreur de la présente invention, le moteur de commande du disque a une vitesse réglable, de manière que, à mesure que les orifices sont de plus en plus grands, il est possible d'en réduire la vitesse de rotation, en compensant l'effet 2 4 soit décrit ci-dessus, à condition que le produit 02 constant. Ainsi qu'il a été indiqué au début de la description, afin d'assurer l'élargissement et l'amincissement simutanés des petits filaments du matériau thermoplastique à la sortie du disque fibreur, on envoie un courant circulaire de gaz chauds à une vitesse élevée - gaz connus sous le nom de gaz d'atténuation - qui, à leur sortie, produisent une aspiration entraînant l'air circulant, en l'incorporant au courant atténuateur. Ceci provoque une dépression dans la zone supérieure du disque, en raison de quoi de l'air froid tend à entrer dans cette zone à travers l'orifice du canal par lequel pénètre le flux de matériau thermoplastique. Pour éviter cet effet, des éléments chauffants sont disposés dans ledit orifice du canal pour chauffer l'air qui y pénètre, évitant ainsi l'effet mentionné ci-dessus. Le brûleur décrit ci-dessus fournit également des gaz chauds qui s'incorporent au courant atténuateur contribuant ainsi à compenser l'effet décrit ci-dessus. Lorsqu'on applique un ensimage sur la fibre) sicelle-ci est très chaude, il y a un danger de précuisson de la résine. Pour éviter cet inconvénient, l'axe de commande du disque est creux, et à travers celui-ci de l'air est soufflé qui après avoir refroidi l'axe lui-même, sort par son extrémité inférieure et est dirigé sur le voile de matériau thermoplastique au moyen d'un déflecteur. De plus, afin d'éviter l'échauffement de l'axe du disque fibreur, il a été prévu, à la partie supérieure de la zone conique qui forme la base de celui-ci, plusieurs orifices qui entourent l'axe ci-dessus et gui evitent la transmission de la chaleur produite pendant l'opération. Etant donné que le fibreur comporte une chambre de combustion incorporée, il se produit de hautes températures dans toute la zone du fibreur et en conséquence les coussinets sont le point le plus critique à cet égard Selon la présente invention, il est prévu un dispositif de lubrification de ceux-ci qui en outre tend à réduite la temperature. Ce dispositif consiste en une chambre dans laquelle on introduit de l'air à basse pression et de l'huile. L'huile lubrifie les coussinets et l'air sort à l'extérieur par le joint, empêchant l'entrée d'air chaud extérieur. La présente invention a pour objet à la fois un procédé de fabrication comportant les perfectionnements exposés ci-dessus et un appareillage de mise en oeuvre pourvu de ces mêmes perfectionnements. Du reste, d'autres caractéristiques et avantages de l'objet de l'invention seront mieux compris grâce à la description qui va suivre faite en regard des dessins annexés, et relative, à titre illustratif mais nullement limitatif, à un mode de réalisation d'un appareillage auquel ont été apportés les perfectionnements qui constituent l'objet de la presente invention. Sur ces dessins La figure 1 représente une vue en élévation, partiellement en coupe de l'appareil mentionné ci-dessus ; et La figure 2 représente une coupe en plan selon la ligne II II du disque fibreur. En se référant aux figures 1 et 2,le flux de matériau thermoplastique 1 sortant du four 2 danslequel il a été préalablement fondu, entre dans le fibreur, rencontrant préalablement sur son trajet un brûleur 3, ayant pour rôle d'éviter que la température du flux diminue le long de son trajet et que celui-ci arrive au disque à une température inférieure. La partie intérieure du fibreur est équipée en outre d'éléments chauffants 4 servant à éviter la chute de température qui se produit dans cette zone, en raison d la dépression créée par la sortie des gaz d'atténation 5 hors de la chambre annulaire qui les entoure.Le flux de matériau thermoplastique poursuit son trajet, jusqu'à buter contre la surface latérale d'un tronc de cône 7 formant partie intkegrantede la base du disque fibreur 8, lequel est entraîné en rotation par un moteur 10 de vitesse réglable, sur Uil axe 9 excentré par rapport au cône. Cet axe 9 comporte un canal intérieur 11 pour faciliter le passage des gaz de refroidissement, lesquels sortent par la partie inférieure et se dirigent vers le voile de fibres grâce à un déflecteur 12.Un brûleur 13 est en outre prévu à l'intérieur du disque fibreur, pour manintenir ainsi la température du verre constante alors que dans la partie supérieure du cône 7, il a été prévu des orifices 14, disposés autour de l'axe, et dont le rôle est d'éviter la dissipation de la chaleur produite dans la fabrication, tout en évitant également un échauffe- ment extrême de l'axe. Un des points les plus critiques, dû aux hautes températures qui se produisent dans le corps du fibreur, est précisément le cas des coussinets 15 qui sont lubrifiés au moyen d'air sous pression et vaporisation d'huile introduite par-un tube 16 à l'intérieur de la chambre 17,en évacuant cet air à l'extérieur au moyen d'un joint grâce auquel on peut éviter l'entrée de l'air chaud extérieur. En résumant les différentes caractéristiques générales que présentent les perfectionnements faisant l'objet de la présente invention et qui sont représentées sur les dessins annexés, le principal but de la présente invention est d'éliminer les inconvénients rencontrés dans les procédés classiques de fabrication de fibres de matériaux thermoplastiques, en verre spécial, dans lesquelles interviennent divers paramètres, ce qui revient en définitive à assurer une viscosité la plus constante possible pendant tout le processus. Les perfectionnements introduits dans ce procédé de fabrication peuvent être résumés de la manière suivante a) l'adjonction d'un brûleur situé à l'entrée du fibreur, et dont le rôle est de maintenir la température du flux de matériau thermoplastique qui, dans le cas contraire, diminuerait par radiation et convection. b) l'existence d'éléments chauffants à la sortie de la partie inférieure du fibreur, afin d'éviter l'ebaissement de température qui se produirait dans cette zone en raisin de la dépression dûe à la sortie desgaz d'atténuation. c) L'existence d'un autre brûleur situé l'interieur du disque fibreur et chauffant le verre se trouvant à llinte rieur de ce disque et qui se redroidit en raison de la chaleur dissipée par le disque. d) l'existence, au fond du disque fibreur, d'une surface tronconique, excentrée ou non par rapport à l'axe du disque, le flux font de matériau thermoplastique allant buter contre cette surface latérale, et ce heurt contre une surface inclinée présentant un avantage notable par rapport aux systèmes de l'art antérieur.Grâce à cette surface tronconique excentrée par rapport àl'axe, le flux de matériau thermoplastique s'écoule toujours à des hauteurs distinctes pendant une révolution de l'axe, ce qui oblige ledit matériau à sortir expulsé à des hauteurs différentes sur la bande extrudeuse permettant ainsi d'améliorer sa répartition sur celle-ci, alors que dans le cas d'une surface concentrique, le flux bute contre la ligne centrale de la surface tronconique en projetant le matériau thermoplastique au centre de la bande périphérique et en le répartissant sur celle-ci tantôt en haut, tantôt en bas, par force centrifuge et gravité. e) Le fait que le moteur de commande de l'axe du disque fibreur ait une vitesse variable, de façon que, à mesure que les orifices du disque s'élargissent, en raison de l'érosion provoquée par le matériau thermoplastique à haute température, il soit possible de réduire la vitesse de rotation o , pour assurer le maintien d'un débit constant. f) L'assemblage des coussinets de l'axe du disque fibreur à l'intérieur d'une chambre dans laquelle de l'air à basse pression et de l'huile vaporisée sont introduits, ce qui assure une lubrification parfaite des coussinets, et la sortie de l'air à l'extérieur avec un joint qui evite l'entrée de l'air chaud extérieur, en maintenant une longue durée de vie desdits coussinets placés dans une zone de haute température. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de fibres de matériaux thermoplastiques à partir d'un flux de matériau fondu qui s'écoule dans un disque tournant creux disposant d'une bande périphérique comportant un grand nombre d'orifices de taille réduite à travers lesquels sortent les petits filaments de matériau fondu expulsés par la vitesse du disque tournant, un courant circulaire de gaz d'atténuation à vitesse élevée passant sur ces filaments pour produire l'élargissement ou l'amincissement simultanés de ceux-ci, au moment ou ces filaments se refroidissent et se solidifient en se coupant en morceaux de longueur variable, afin de produire un voile circulaire de fibres qui descend verticalement et est récupéré sur une bande transporteuse, caractérisé en ce qu'au moyen d'un premier brûleur, on réchauffe le flux fondu de matériau thermoplastique et on dispose un second brûleur de chauffage à l'intérieur du disque fibreur en prévoyant des éléments chauffants à la sortie de celui-ci, ce disque fibreur étant actionné par un moteur à vitesse réglable en étant entraîné en rotation grâce à un axe monté sur des coussinets et qui est fixé au disque fibreur dans une zone de celui-ci ayant une forme tronconique, et de façon à pouvoir, se déplacer excentriquement par rapport à elle. 2. Procéde de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on disposewavant l'entrée du flux de matériau thermoplastique fondu dans le fibreur, le premier brûleur ayant pour rôle de maintenir la température de ce flu, laquelle est en partie perdue par ce dernier au cours du trajet par radiation et convection, ceci facilitant de cette manière le maintien de la viscosité du flux de matériau thermoplastique. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments chauffantsnsitués à la sortie du fibreur, sont agencés de façon à réchauffer cette zone pour éviter l'entrée d'air froid dans ladite zone, cet air froid tendant à entrer en raison de la dépression produite par la sortie des gaz d'atténuation de la chambre annulaire, et qui entraine l'air ambiant. 4. Procédé selon la revendication 1, caracté risé en ce que le second brûleur, situé à la partie in terieure du disque fibreur, est agencé pour compenser les pertes de chaleur qui se produisent dans celui-ci par radiation et convection à l'air ambiant et par conduction contre les éléments de la structure du fibreur, ledit brûleur étant orienté vers la bande extrudeuse qui chauffe le verre. 5. Appareillage pour la fabrication de fibres de matériaux thermoplastiques par mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 à partir d'un flux de matériau fondu qui s'écoule dans un disque tournant creux disposant d'une bande périphérique comportant un grand nombre d'orifices de taille réduite à travers lesquels sortent les petits filaments de matériau fondu expulsés par la vi tesse du disque tournant, un courant circulaire de gaz d'atténuation à vitesse élevée passant sur ces filaments pour produire l'élargissement ou l'amincissement simultanés de ceux-ci, au moment où ces filaments se refroidissent et se solidifient en se coupant en morceaux de longueur variable, afin de produire un voile circulaire de fibres qui descend verticalement et est. récupéré sur une bande transporteuse, caractérisé par l'adjonction d'un brûleur chauffant le flux fondu de matériau thermoplastique ainsi que d'éléments chauffants situés à la sortie du fibreur, et également l'installation d'un second brû leur à l'intérieur du disque fibreur, lequel est actionné par un moteur à vitesse réglable et est entraîné en rota tion grâce à un axe monté sur des coussinets. 6. Appareillage selon la revendication 5, caractérisé en ce que le disque fibreur présente à sa base une zone tronconique de forme avantageuse excentrée par rapport à l'axe et comportant à sa surface supérieure des orifices qui entourent ledit axe, de manière à éviter la dissipation de chaleur se produisant dans le disque, en évitant qu'elle se transmettre à l'axe, cette zone tronconique ayant pour rôle de recevoir le flux de matériau thermoplastique sur sa surface latérale, et de le projeter sur la bande périphérique extrudeuse, de façon que l'axe de la surface tronconique ne coïncide pas avec l'axe du disque, le flux de matériau thermoplastique tombant toujours à des hauteurs différentes lors d'une révolution de l'axe, ce qui oblige ledit matériau à sortir à des hauteurs différentes de la bande extrudeuse, en permettant ainsi d'améliorer la répartition du verre. 7. Appareillage selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que l'axe du disque fibreur est creux intérieurement et à travers celui-ci, on injecte de l'air qui après avoir refroidi l'axe, sort par l'extré- mité inférieure et est dirigé vers le voile de fibres au moyen d'un déflecteur. 8. Appareillage selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la vitesse de révolution du disque fibreur peut être variable, grâce au fait que le moteur actionnant cet axe a des vitesses réglables, de manière que, à mesure que les orifices du disque fibreur s'agrandissent sous l'effet de l'érosion provoquée par le matériau thermoplastique à haute température, il est possible de réduire la vitesse de rotation du disque, en maintenant constant de cette manière le débit de sortie du matériau thermoplastique par les orifices du disque fibreur. 9. Appareillage selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que, pour assurer une parfaite lubrification des coussinets de l'axe, soumis aux hautes températures existant dans toute la zone du fibreur, il existe un dispositif de lubrification consistant en ce que lesdits coussinets sont installés dans une chambre dans laquelle on introduit de l'air à basse pression avec une vaporisation d'huile, cette huile lubrifiant les coussinets et l'air sortant par un joint, ce qui évite l'entrée de l'air chaud extérieur.