Brevet FR2620633A1 — publié le 19890324

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LA REALISATION D'UN FAISCEAU DE FILAMENTS, NOTAMMENT DE FIBRES CREUSES SEMI-PERMEABLES L'invention concerne un procédé et un dispositif pour la réalisation d'un faisceau de filaments à partir d'au moins un filament. Cette invention s' applique notamment à la réalisation d'un faisceau de fibres creuses semiperméables utilisé pour la fabrication de modules de filtration. La fabrication d'un faisceau de fibres creuses destiné à être introduit dans un carter pour formez un module de filtration est une opération délicate en raison de la fragilité de ces fibres qui rend toute manipulation difficile. Pour cette raison, plusie.urs techniques ont été mises au point dans le but de minimiser le nombre d'interventions humaines lois de la réalisation de ce faisceau. La technique la plus utilisée est celle du tricotage à maille jetée sur métier grand trameur. Le tricot obtenu est formé, d'une part, par les fibres qui forment transversalement la trame et, d'autre part, par des chaînettes qui soutiennent cette trame. Cette nappe est ensuite enroulée en spirale de façon à former un faisceau de fibres parallèles. Ces opérations sont effectuées au moyen de machines spécialement conçues à cet effet et ne demandent donc que peu d'interventions humaines. Toutefois, cette technique présente plusieurs inconvénients. D'une part, elle nécessite une transformation de la machine tout d'abord pour l'alimentation en trame à cause de la faible résistance de la fibre et ensuite pour enrouler en spirale la nappe. D'autre part, les fils de chaîne écrasent la fibre creuse lors de la formation des chaînettes. Enfin, il se peut que sur certaines machines l'extrémité des fibres formant le faisceau soit ouverte, ce qui pose des problèmes lors de la fabrication du module de filtration. En effet, l'étanchéité de ce-module est réalisée vers chacune des extrémités, au moyen d'une résine durcissable, apppelée empotage, d'o des risques de pénétration de cette résine à l'intérieur des fibres et, donc, d'obturation de ces dernières. Une autre technique décrite dans le brevet français n0 82.07376 consiste à bobiner la fibre de façon croisée autour d'un cylindre de section polygonale. Les fibres sont ensuite coupées au niveau de chaque arête du cylindre et les nappes ainsi formées sont enfin enroulées en spirale de façon à former des faisceaux de fibres. Cette technique conduit donc aux mêmes inconvénients que la technique précédente. Une troisième technique décrite dans le brevet US n0 4.226.378 consiste, enfin, à enrouler la fibre autour d'une roue polygonale. Les fibres sont ensuite découpées au niveau de chaque arête du polygone de façon à obtenir directement un nombre de faisceaux égal au nombre de côtés de la roue polygonale. Une seule machine est donc nécessaire pour réaliser le faisceau. Toutefois, l'inconvénient relatif à l'empotage de ces faisceaux dans des modules de filtration subsiste. La présente invention vise à pallier les inconvénients des techniques précitées et a pour objectif essentiel de fournir un procédé fiable, simple et rapide permettant de réaliser, en une seule opération, un faisceau de fibres dont les extrémités sont fermées lors de l'empotage du faisceau. A cet effet, l'invention concerne un procédé pour la fabrication d'un faisceau de filaments, notamment de fibres creuses semi- perméables, caractérisé en ce qu'il consiste - à enrouler chaque filament en plusieurs couches superposées autour d'un support rétractile en conférant à ce filament un mouvement transversal alternatif d'amplitude décroissante d'une couche à la suivante, de façon à obtenir un enroulement présentant un profil déterminé, - à retirer le support par rétraction de ce dernier et à réunir les couches de filaments parallèlement les unes par rapport aux autres de façon à réaliser un faisceau possédant une section transversale fonction du profil de l'enroulement et des extrémités recourbées. En conférant à la fibre un mouvement transversal d'amplitude décroissante approprié, on réalise donc un enroulement présentant une section prédéterminée permettant d'obtenir après rétraction du support, un faisceau de forme conjuguée de la section interne du carter du module de filtration. En outre, chacune des extrémités de ce faisceau détermine un volume fermé et l'empotage du faisceau peut ainsi être réalisé avec des fibres fermées et, par conséquent, sans risque de pénétration de résine à l'intérieur de ces fibres. Après réalisation de ces empotages, les extrémités recourbées des fibres sont alors avantageusement découpées de façon à obtenir un faisceau de fibres rectilignes débouchant chacune à l'extérieur desdits empotages. Ces empotages peuvent être réalisés, soit avant d'introduire le faisceau dans le carter, soit une fois le faisceau introduit dans ce cartez. Dans ce dernier cas, ce faisceau est revêtu d'un grillage de maintien avant son introduction dans le carter. Dans l'un et l'autre cas, le module final est enfin obtenu en découpant par tranchage les deux extrémités du carter et du faisceau, après polymérisation de la résine. Deux formes de support peuvent ëtze avantageusement utilisées pour réaliser l'enroulement. Selon un premier mode de mise en oeuvre préférentiel, le support utilisé présente une section circulaire. Le faisceau est alors obtenu, après rétraction de ce support, en effectuant une traction au niveau de deux génératrices diamétralement opposées de l'enroulement. Selon un deuxième mode de mise en oeuvre préférentiel, le support utilisé est un support plan doté de deux bords extrêmes d'envidage perpendiculaires au sens d'enroulement du filament. Ce support se rétracte en rapprochant l'un de l'autre les deux bords d'envidage de façon à obtenir directement un faisceau de filaments disposés parallèlement les uns par rapport aux autres. Par ailleurs, le faisceau ainsi obtenu peut être ensuite avantageusement torsadé de façon à le rendre plus compact. Cette technique présente notamment un intérêt lors de la fabrication de modules dans lesquels le fluide à épurez s'écoule à l'extérieur des fibres. En effet, dans ce cas, plus le faisceau est compact et plus la probabilité pour une particule de rencontrer une paroi d'échange, lorsque le liquide s'écoule, est importante. L'invention s'étend à un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé du type comprenant: - des moyens d'alimentation en au moins un filament adaptés pout délivrer chaque filament avec une vitesse linéaire moyenne sensiblement constante, - un guide-fil associé à des moyens d'entraînement en translation aptes à le déplacer à vitesse constante selon un mouvement transversal, - des moyens d'enroulement comprenant un support associé à des moyens d'entzaînement en rotation. Selon la présente invention, ce dispositif se cazactérise en ce que: - les moyens d'entraînement en translation sont adaptés pout déplacer le guide-fil selon un mouvement transversal alternatif d'amplitude variable, en vue d'obtenir un enroulement présentant un profil déterminé, - le support est rétractile de façon à pouvoir s'escamoter et libérer l'enroulement. D'autzes caractéristiques et avantages de l'invention se dégageront de la description détaillée qui suit, en référence aux dessins annexés qui en présentent deux modes de réalisation préférentiels. Sur ces dessins qui font partie intégrante de la présente description: - la figure 1 est une vue en perspective schématique d'un dispositif conforme à l'invention doté d'un support d'enroulement de section circulaire, - la figure 2 est une vue en perspective schématique d'une variante de ce dispositif, comportant un suppozt d'enroulement plan, - les figures 3a à 3c sont des schémas illustrant les étapes permettant de réaliser un faisceau rectiligne à partir d'un enroulement de fibres sur un support de section circulaire, - les figures 4a et 4b sont des schémas illustrant les étapes permettant de réaliser un faisceau rectiligne à partir d'un enroulement de fibres sur un support plan, - les figures 5a à 5d sont des schémas illustrant les étapes permettant la fabrication d'un module de filtration au moyen d'un faisceau réalisé conformément à l'invention, - les figures 6a à 6d sont des schémas illustrant une variante de mise en oeuvre pour la fabrication de ce module. Les dispositifs représentés aux figures 1 et 2 sont destines à réalisez un faisceau de filaments à partir d'un ou de plusieurs filaments 1. Ils permettent plus particulièrement la réalisation d'un faisceau de fibres creuses semi-perméables destinées à la fabrication de modules de filtration. Ces dispositifs comprennent une bobine 2 d'alimentation provenant de l'unité de filage ou de séchage de la fibre, selon que l'on travaille avec des fibres sèches ou humides. Cette bobine 2 est montée de façon connue en soi en bout d'arbre d'un moteur-réducteur 3 adapté pour l'entraîner avec une vitesse de rotation variable, de façon à délivrez la fibre 1 avec une vitesse linéaire sensiblement constante. Cette fibre I est ensuite guidée, au moyen d'une poulie 4 de renvoi vers un régulateur de tension 5. Ce régulateur de tension comporte un bras articulé 5a doté à son extrémité libre d'une poulie 5b autour de laquelle défile la fibre 1. Cette fibre 1 est ensuite guidée par l'intermédiaire d'une deuxième poulie 6 de renvoi vers un guide-fil 7 constitué en l'exemple d'un anneau doté d'une fente transversale 7a périphérique, disposée obliquement par rapport au sens d'avancement de la fibre 1 et destinée à permettre d'enfiler facilement cette fibre dans ce guide-fil. Cet anneau ainsi que toutes les poulies sont, en outre, préférentiellement réalisés en téflon de façon à ne pas endommager la fibre. Le guide-fil 7 est entraîné transversalement au moyen d'un moteur 8, tel qu'un moteur pas à pas, adapté pour déplacer ce guide-fil selon un mouvement alternatif d'amplitude variable. Ce moteur 8 est commandé au moyen d'une unité de commande programmée (non représentée) adaptée pour conférer au guide-fil 7 un mouvement alternatif d'amplitude décroissante de façon à obtenir un enroulement présentant un profil déterminé suI un support entraîné en rotation au moyen d'un moteur-réducteur et disposé en aval du guide-fil 7. A la figure 1, le support 9 présente une section circulaire. Il est porté en bout d'arbre d'un moteur- réducteur 11 apte à l'entrasner avec une vitesse de rotation variable asservie au guide-fil de façon à enrouler la fibre 1 avec une vitesse linéaire moyenne sensiblement constante. Il est à noter, en outre, que dans le cas d'un tel support, le régulateur de tension 5 est réglé initialement de façon que la fibre. 1 soit soumise à une tension constante prédéfinie, adaptée pour permettre un bon enroulement sans toutefois écraser cette fibre. De plus, un détecteur de position (C) de la position angulaire de ce bras articulé 5a permet de modifier la vitesse d'enroulement de la fibre 1 en fonction de la vitesse différentielle de cette dernière en amont et en aval du bras articulé. A la figure 2, le support 10 présente une forme plane et se trouve positionné perpendiculairement au sens d'avancement de la fibre. Il est porté en bout d'arbre d'un moteur réducteur 12. Dans le cas d'un tel support- plan 10, la distance entre le guide-fil 7 et le point d'envidage de la fibre 1 sur le support varie constamment lors de la rotation du support. Pour compenser cet effet, la vitesse de rotation du moteur-réducteur 12 est asservie à des moyens de détection (C) de la position angulaire du régulateur de tension. Ces moyens de détection sont adaptés poui engendrer une augmentation ou une diminution de la vitesse angulaire du support d'enroulement 10 selon le principe suivant: lorsque la vitesse de défilement de la fibre 1, en aval du bras articulé 5a, est supérieure à la vitesse linéaire de cette dernière à la sortie de la bobine d'alimentation 2, le bras articulé 5a tourne dans le sens des aiguilles d'une montre, en se référant à la figure 2. Le détecteur de position (c) engendre alors une diminution de la vitesse angulasire du support d'enroulement 10, ce qui entraîne une rotation du bras articulé 5a dans le sens contraire des aiguilles d'une montre et par conséquent une nouvelle augmentation de la vitesse angulaire d'enroulement commandée par le détecteur de position (C). Chacun des dispositifs représentés aux figures 1 et 2 est, en outre, adapté pour permettre de réunir les fibres parallèlement les unes par rapport aux autres de façon à former un faisceau rectiligne. Ainsi, le dispositif représenté à la figure 1 comporte en premier lieu un support 9 rétractile. A cet effet, ce support peut être constitué, par exemple, d'une bande de grillage plastique souple cintrée de'façon à présenter une forme circulaire et maintenue dans cette position au moyen de fils reliant ses deux bords longitudinaux. La rétraction s'obtient alors, après retrait des fils, en rétractant ce grillage. Ce dispositif comporte également des moyens de maintien de l'enroulement de fibres adaptés, d'une part, pour maintenir ce dernier après rétraction du support 9 et, d'autre part, l'étirer jusqu'à une position o les fibres sont réunies parallèlement les unes par rapport aux autres. Ces moyens de maintien comprennent deux tiges 13 transversales s'étendant extérieurement le long de deux génératrices diamétralement opposées du support 9, et un parallélogramme 14 déformable comportant deux sommets libres 14b et deux sommets 14a portant les tiges transversales 13. Ce parallélogramme déformable 14 porte en outre, fixée suI chacun de ses sommets libres 14b une barre de guidage 15 disposée orthogonalement par rapport aux tiges transversales 13 et à l'axe de rotation du support 9. Ces deux barres 15 portent chacune deux diabolos 16 mobiles dotés d'une gorge périphérique de section conjuguée de la forme de l'enroulement, en regard de la paroi périphérique circulaire du support 9. Les figures 3a à 3c illustrent les différentes étapes de la réalisation du faisceau rectiligne à partir de ce dispositif. Durant l'enroulement de la fibre sur le support 9 (figure 3a), le parallélogramme dé formable 14 est déployé de façon que les deux tiges transversales 13 s'étendent le long de ce support. Les diabolos 16 sont, quant à eux, disposés de part et d'autre des deux sommets libres 14b du parallélogramme 14, leur face périphérique externe venant sensiblement en appui sur la face périphérique circulaire du support 9. Une fois l'enroulement terminé, le support 9 est rétracté et le parallélogramme 14 est étiré jusqu'à présenter une forme aplatie o les sommets libres 14b sont sensiblement en contact et les fibres i réunies et parallèles entre elles (figure 3b). La dernière opération consiste alors à déplacez les diabolos 16 le long des barres de guidage 15 de façon à conférer sa forme finale au faisceau, grâce à la concavité de ces diabolos. Pour le dispositif représenté à la figure 2, les fibres sont directement enroulées parallèlement les unes aux autres grace à la forme plane du support 10. La seule opération nécessaire pour réaliser le faisceau consiste donc. rétracter ce support 10 dans son plan. A cet effet, ce support comporte deux tiges- support 17 disposées perpendiculairement au sens d'enroulement de la fibre et reliées par un montant télescopique 18. La fibre 1 vient donc s'enrouler autour des tiges-support 17 (figure 4a) et la seule opération nécessaire pour la récupération du faisceau consi. ste à réduire la longueur du montant 18 (figure 4b). Le faisceau ainsi réalisé au moyen de l'un ou l'autre de ces dispositifs est utilisé pour fabriquer un module de filtration. Pour cela, deux méthodes peuvent être utilisées. La première méthode, illustrée aux figures 5a à 5d consiste à réaliser dans un premier temps un empotage 19, au moyen d'une résine durcissable, au niveau des deux extrémités du faisceau (figure 5b). Ce faisceau, ainsi figé par les deux empotages 19 est ensuite introduit dans un carter 20 (figure 5c). La dernière opération consiste alors à trancher les deux extrémités du faisceau et du carter 20 après polymérisation de la résine de façon à obtenir un module final renfermant un faisceau de fibres parallèles dont les extrémités débouchent à l'extérieur des empotages 19 (figure 5d). Selon une deuxième méthode, le faisceau est initialement revêtu d'un grillage 21 de maintien (figure 6a) puis introduit dans le carter 20 (figure 6b). Les empotages 19 sont alors réalisés après mise en place du faisceau dans le carter 20 (figure 6c), la dernière opération consistant, comme précédemment, à trancher les deux extrémités du module, après polymérisation de la résine (figure 6d). L'avantage essentiel de ces deux méthodes réside dans le fait que les fibres sont fermées lors de la réalisation des empotages 19, évitant tout risque d'introduction de résine à l'intérieur de ces fibres. REVENDICATIONS 1/ - Pi océdé pour la réalisation d'un faisceau de filaments (1), notamment de fibres creuses semi- perméables, à partir d'au moins un filament, cazactéîisé en ce qu'il consiste: - à enrouler chaque filament (1) en plusieurs couches superposées autouz d'un support (9, 10) rétractile, en conférant à ce filament un mouvement transversal alternatif d'amplitude décroissante d'une couche à la suivante, de façon à obtenir un enroulement présentant un profil déterminé, - r retirer le support (9, 10) par iétiaction de ce dernier, et à réunir les couches de filaments parallèlement les unes pai rapport aux autres de façon à îéaliseî un faisceau possédant une section transversale fonction du profil de l'enroulement et des extrémités recourbées. 2/ - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise un support (9) de section circulaire et en ce que l'on dispose les couches de filaments parallèlement les unes pai rapport aux autres, apîàs rétraction de ce support, en effectuant une traction au niveau de deux génératrices diamétralement opposées de l'enroulement. 3/ - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise un support-plan (10) doté de deux bords extrêmes (17) d'envidage perpendiculaires au sens d'enroulement du filament et en ce que l'on rétracte ledit support en rapprochant l'un de l'autre lesdits bords d'envidage (17). 4/ - Procédé selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'on torsade le faisceau de façon à le rendre plus compact. / - Procédé pour la fabrication d'un module de filtration au moyen d'un faisceau de fibres (1) creuses réalisé selon un procédé conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer un empotage (19) vers chacune des extrémités dudit faisceau au moyen d'une résine dutcissable et à trancher les extrémités recourbées dudit faisceau de façon à obtenir un faisceau de fibres rectilignes débouchant chacune à l'extérieur de chacun 262O633 des empotages (19). 6/ - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on effectue dans un premier temps les empotages (19), l'on introduit ensuite le faisceau dans un carter (20), puis l'on tranche les extrémités du carter (20) et du faisceau après polymérisation de la résine. 7/ - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on dispose un grillage (21) de maintien autour du faisceau avant d'introduire ledit faisceau dans un carter (20), l'on effectue ensuite les empotages (19) vers chacune des extrémités du faisceau logé dans ledit carter (20) et l'on tranche les extrémités du carter (20) et du faisceau après polymérisation de la résine. 8/ - Dispositif de mise en oeuvre d'un procédé conforme à l'une des revendications 1 à 3, dé type comprenant: - des moyens d'alimentation (2, 3) en au moins un filament (1) adaptés pour délivrer chaque filament avec une vitesse linéaire moyenne sensiblement constante, - un guide-fil (7) associé à des moyens d'entraînement (8) en translation aptes à le déplacer selon un mouvement transversal avec une vitesse asservie à la vitesse d'enroulement, - des moyens d'enroulement (9, 11; 10,-12) comprenant un support (9; 10) associé à des moyens d'entraînement (10; 12) en rotation, ledit dispositif étant caractérisé en ce que: - les moyens d'entra.nement (8) en translation sont adaptés pour déplacer le guide-fil (7) selon un mouvement transversal alternatif d'amplitude variable, en vue d'obtenir un enroulement présentant un profil déterminé, - le support (9; 10) est rétractile de façon à pouvoir s'escamoter et libérer l'enroulement. 9/ - Dispositif selon la revendication 8, dans lequel les moyens d'alimentation comprennent une bobine (2) de conditionnement de chaque filament (1), et un moteur-réducteur (3) apte à entraîner ladite bobine avec une vitesse de rotation variable de façon à délivrer chaque filament avec une vitesse linéaire moyenne sensiblement constante. O10/- Dispositif selon l'une des revendications 8 ou 9, dans lequel les moyens d'enroulement comprennent un support (9) de forme cylindrique et un moteur- réducteur (11) apte à entrasner ledit support avec une vitesse de rotation variable de façon à enrouler le filament avec une vitesse linéaire moyenne sensiblement constante. 11/ - Dispositif selon la revendication 10, caractérise en ce qu'il comprend des moyens de maintien (13, 14) de l'enroulement, adaptés pour le maintenir aprèes rétraction du support cylindrique (9) et l'étirer jusqu'à une position o les couches de filaments sont réunies parallèlement les unes par rapport aux autres. 12/ - Dispositif selon la revendication 11, caractérise en ce que les moyens de maintien de l'enrodlement comprennent: - deux tiges (13) transversales s'étendant extérieurement le long de deux génératrices diamétralement opposées du support (9), - un parallélogramme (14) déformable comportant deux sommets (14b) libres et deux sommets (14a) portant les tiges (13) transversales, ledit parallélogramme étant apte à se déformer entre une position déployée o les tiges (13) s'étendent le long du support (9) et une position aplatie o ses sommets libres (14b) sont sensiblement en contact. 13/ - Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le parallélogramme déformable (14) porte deux barres (15) de guidage disposées orthogonalement par rapport aux tiges transversales (13) et à l'axe de rotation du support (9) et fixées chacune suI un des sommets libres (14b), chacune de ces barres de guidage (15) portant au moins un diabolo (16) mobile doté d'une gorge périphérique de section conjuguée de celle de l'enroulement en regard de la paroi périphérique circulaire du support (9). 14/ - Dispositif selon l'une des revendications 8 ou 9, comprenant un régulateur de tension (5) comportant un bras articulé (5a) doté d'au moins une extrémité libre portant une poulie (5b) de guidage du filament (1), ledit dispositif étant caractérisé en ce que: - des moyens de détection (C) de la position du bras articulé (Sa) du régulateur de tension (5) sont disposés sur ledit bras articulé, - les moyens d'enroulement comportent un support- plan (10) doté de deux bords extrêmes (17) d'envidage perpendiculaires au sens d'enroulement du filament et un moteur-réducteur (12) asservi aux moyens de détection (C) de la position du régulateur de tension (5) de façon à entraîner ledit support-plan (10) avec une vitesse instantanée de rotation variable. / - Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que le support-plan (10) est constitué de deux tiges-support (17) d'envidage disposées perpendiculairement au sens d'enroulement du filament et reliées par un montant (18) télescopique.