Brevet FR2540010A1 — publié le 19840803

TITRE s DISPOSITIF VERSATILE A GRAND DEBIT Dg DEPOTS DE COUCHES MINCES HOMOGENES SUR LES FIBRILLES D'UN FIL. DOMAINE DE LA TECHNIQUE : Astronautique, Aéronautique, Transports terrestres et Maritimes Industrie : Electronique, Electrotechnique, Optique, Chimique, mécanique Pétrochimique, matériaux compoaites, Nucléaire, Génie médical, filtration biomécanique. Exemple d'application des produits fabricables par cette Tech nions s Batteries ultra-légères, catalyseurs à grande surface d'échange chauffables par effet Joule, pour en ajouter l'efficacité (par agitation Brownienne) surfaces d'échange, fibres conductrices de diamètre de l'or@ de la dizaine de microns (en électronique et médecine), cibles ultra lé@ (téléphonie, Aviation, Astronautique, Transports, Electronique) Préimpre gnation de fibres pour matériaux composites (thermoplastique) gainage de fils radioactifs ou photoconducteurs1 isolation de fils électriques, fil supra conducteurs, Anti-corosion de fils ou câbles, piles électriques à haut rendement. POSITION DU PROBLEME A - On dispose dans l'industrie, d'une part, de fibres de diamètres parfois très fins - de l'ordre de ? microns ou plus, et souvent orga- nisées en faisceaux (ou fils). D'autre part, on dispose de poudres pouvant être extrêmement atomisées et donc ayant une bonne "flotabilité" dans l'air et pouvant être mues par différence de potentiel électrique dans l'air ou dans le vide ainsi que par transport dans des jets à la manière de la peinture pulvérisée par un pistolet à peinture. On peut notamment combiner les deux moyens et aboutir à l'équivalent d'une peinture assistée par effet électrostati@ que. B - Très souvent on s'est apperçu que la confection de produits composi tes permettait d'obtenir des produits ayant des propriétés exceptionnelles - Ainsi, par exemple, une fibre de verre et une atrice -polye=ter donnent un composite bien connu pour ses propriétés : Par exemple (I) - Des fils conducteurs tels des fibres de carbone revêtues atomique- ment de plomb donneraient les "plaques" d'une batterie extrêmement légère à très grande surface d'échange. (II) - Une fibre de carbone or de verre revêtue de plastique thermo durcissable serait un préimprégné idéal en mécanique. (III) - Un fil de carbone ou de graphite revêtu d'un matériau supracon- ducteur serait plus performant que les fils composites qui existent déjs actuellement et qui sont constitués de fils conducteurs revêtus de supra conducteurs (donc même structure mais mettant en oeuvre des fils conduo- teurs de plus gros diamètre pour des raisons de technologie de fabrication) avec la nouvelle technique on augmenterait donc ainsi la proportion super conducteur par rapport au conducteur normal, de plus on réduirait la masse de fils grâce à la densité plus faible du carbone. Enfin les fils superconducteurs doivent avoir des propriétés mécaniques très bonnes car ils sont soumis à des pressions électromotrices importantes. Le recours X des fibres de carbone serait également un atout à ce niveau. (IV) - Un fil résistant fin sur lequel on a posé un catalyseur peut etre chauffé par effet Joule. Accélérant localement l'agitation Brownienne le chauffage permet d'améliorer l'efficacité d'un cataliseur. (application : industrie chinique - pétrochimie). REMARQUE : Dans tous ces cas il faut examiner attentivement les problémes "d'effet pile" entre la fibre et la couche déposée. PRINCIPE DE L'INVENTION : À - L'OBJECTIF est de déposer en continu au défilement le produit de surface venant, par exemple, sous forme de poudre sur les fibres ou le fil ou jonc à traiter que nous nommerons désormais fil quelque soit sa structure dans la suite du texte. La source de fil pouvant être soit un magasin d'approvisionne- ment (exemple une bobine) soit un moyen de production (exemple l'en- semble creuset tambour permettant de fabriquer de la fibre de silice) B - Le PRINCIPE de l'invention est de déposer uniformément par fusion ou soudure la poudre d'apport à la surface du fil (ou de ses fibrilles) il faut donc prévoir de séparer les fibrilles entre elles si l'on souhaite pouvoir les traiter individuellement, il faut également prévoir un autre dispositif si l'on souhaite gainer un fil sans séparer ses fibrille s. C - Les mécanismes physiques à mettre en oeuvre pour séparer les fibrilles d'un fil sont de trois sortes et peuvent être utilisés indépendamment ou associés - il y a d'une part l'effet d'un jet ou d'un lit fluidisé qui agit aérodynamiquement; il y a d'autre part l'effet de champ électrostatique - en effet, si l'on soumet un fil à un fort potentiel électrique les fibres de celui-ci ont tendance å se repousser par répulsion électrostatique - si de plus, à proximité on place des électrodes. chargées de signes opposés celles-ci attirent les fibrilles ce qui complète l'effet de repulsion interne déjh évoqué. I1 y a enfin la répulsion électro magnétique des fibrilles dbe soit j la circulation d'un courant dans le fil h expanser, soit à une bobine haute fréquence qui crée localement un courant dans les fibrilles. D - De façon b assurer la répartition de la poudre sur les fibrilles on peut également faire appel à différentes propriétés physique: soit ensemble soit séparément (i) - Il y a l'agitation (turbulence) aérodynamique dbe à des jets ou lit fluidisé. (2) - Il y a d'autre part, l'agitation Brownienne locale dte, par exemple, au fait que les fils peuvent être passés dans un four avant de pénétrer dans l'enceinte d'imprégnation ou parce que, localement, l'enceinte d'imprégnation est chauffée , par exemple, par lumière focalisée ou haute fréquence ou résistance chauffante (on peut notamment utiliser l'effet Joule du fil sur lequel on dépose la poudre) (3) - I1 y a enfin l'effet d'attraction électrostatique des particules par des fibrilles de charge opposées. E - De façon 9 éviter l'agrégation des particules b déposer, On peut jouer sur une agitation sérodynamique - exemple lit fluidisé, jets grilles, brise-jets On peut, jouer sur l'agitation Brownienne dans la mesure ou l'on maintient la température à un niveau inférieur à celle de ramollissement des particules On peut jouer sur la répulsion électrostatique des particules entre elles (même charge) P - De façon à assurer -la fusion ou la soudure des particules sur le fil on peut jouer sur la température du fil ou celle du produit d'apport notamment a postériori. - En effet, soit des calories peuvent être injectées par chauffage du fil Par le four qui précèderait la chambre d'isprégoa- tion. - soit par les méthodes décrites au paragraphe D2 - soit enfin, il peut y avoir un four en aval de la chambre d'imprégnation qui assure la fusion ou la soudure des particules si celles-ci ne sont que partiellement collées ou juste maintenues par effet électrostatique sur les fibrilles G - REMARQUONS que le dispositif peut permettre également d'assurer une réticulation inter fibrilles du fil par soudure totale ou ponctuelle des enrobages déposés sur chaque fibrilles en jouant sur divers paramètres telle la tension, la charge électrostatique etc... on arrive donc soit, à obtenir un fil homogène sans lacunes internes soit, un "fil expansé" offrant une surface développée im- portante et donc favorable à un fonctionnement en tant que pile, batterie, catalyseur, électrode, filtre, ressort. le fil est, par sa structure, relativement analogue à un fil de caoutchouc polyménisé mais très lacunaire. H - Le milieu dans lequel peut intervenir le processus peut être un gaz ou le vide (de façon b éviter l'oxydation et faciliter les phénomènes électrostatiques). I - I1 est bien évident que des fibres à l'unité peuvent être traitées Par r ce procédé. De même un fil, un fil torsadé ou un jonc peuvent Outre gainés par ce procédé. On peut1 notamment, mettre en série et en parallèle deux ou plusieurs dispositifs élémentaires. Il est ainsi possible de fabriquer, par exemple t un fil mono ou multi filamentaire métallisé (ou non) puis gainé par un isolant puia groupés en faisceaux et gainés à nouveau, cela permet de constituer un cible multi-conducteur ultra compact- le conducteur élémentaire pouvant avoir par exemple S), de diamètre. Applications s aviation, espace, ordinateurs, téléphonie. En particulier le fil élémentaire peut être un fil de quarts directement venu de l'étirage d'un barreau situd dans le four amont; il peut être traité en une ou plusieurs passes pour assurer le gradiant d'in- dice de réfraction radiale requis; puis gainé pour lui conférer une tenue mécanique; puis gerbé en faisceaux pour consituter un câble multi voies et gainé à nouveau - Lors du gerbage on peut disposer sur la périphérie de la gerbe des fibres d'une autre nature assurant des fono- tions annexes telles tenue aux chocs ou conduction électrique (cas des instruments médicaux ayant besoin d'alimenter ou piloter des mécanismes situés en extrémité de fibres optiques) REMARQUE : Les fibres erpensées conductrices peuvent permettre de fabriquer des "muscles" électro-commandés - en effet, (1) - Par action d'une intensité on super-expanse la fibre et donc on la raccourcit (par électro-répulsion des fibrilles) (2) - Par action d'une charge électrostatique on obtient un phénomène analogue. (3) - Par action d'un courant on chauffe les fibres elles peuvent être gainées ou noyées dans un matériaux thermo expensible ce qui crée la super expension et le raccourcissement. Il est donc possible, grâce à ce procédé, de fabriquer des "Erzat de muscles" utilisables pour l'homme ou des mécanismes; On peut, notamment, s'en servir pour assurer des mouvements dans le vide de l'espace interplanétaire ou faire des capteurs. REVENDICATIONS 10 Dispositif permettant de- déposer au défilement en continu sur toutes les fibres d'un faisceau, constituant un fil ou aur un fil mrnofilasent une couche homogéne d'un produit d'apport. Le faisceau de -filaments traverse une cavité dans laquelle a lieu le processus de dépose. Pour parvenir è induire individuellement chaque fibre la cavité assure une fonction "d'expension" du faisceau pour aboutir è l'enduction de chaque fil, la cavité assure ensuite une fonction de "transport" de la matière d'apport jusqu'au site visé. Pour permettre la prise de la matière d'apport, la cavité assure une fonction de "fixation". Naturellement la cavité recompacte le faisceau quand cela est nécessaire. La cavité se caractérise par le fait qu'il s'agit d'un volume contenait un lit fluidisé. 20 Dispositif selon la revendication 10 caractérisé par le fait que la cavité est une enceinte dans laquelle on fait le vide. 30 Dispositif selon la revendication 10 avec ou sans lit fluidisé, carac- tdrisé par le fait que la cavité contint des zones où des jets brassent la poudre d'apport en suspension et la dirigent- sur le fil. 40 Dispositif selon l'ensemble des revendication précédentes caractérisé par le fait que les fonctions expension et transport sont assurées au moins partiellement par un champs électrostatique, les particules a' déposer étant chargées à un potentiel opposé à celui du fil. Eventuelle- ment des électrodes situées A proximité du fil et de potentiel opposé à lui assurant un complément d'expension. 5 Dispositif selon l'ensemble des revendications précédentes caractéri- sé par le fait qu'un four se trouve en aval de la cavité d'enduction. 60 Disnositif selon l'ensemble des revendications précédentes caractérise par le fait qu'un four est situé dans la cavité d'enduction. 70 Dispositif selon l'ensemble des revendications précédentes caractér@sé par le fait qu'un four est situé en amont de la cavité d'enduction. 80 Dispositif selon l'ensemble des revendications précédentes caractérisé par le fait qu'un courant électrique traverse les fibres le long de la chambre d'enduction. 90 Dispositif selon l'ensemble des revendications précédentes caractérisé par le fait q'une boucle à haute fréouence entoure le fil au niveau de la cavité d'enduction.