Brevet FR2612086A1 — publié le 19880916

261a086 -- I -- La présente invention concerne un dispositif et une méthode permettant d'imprégner des éléments allongés avec une substance thermo- stabilisable. D'une façon plus particulière, la présente invention propose une amélioration du dispositif et de la méthode d'imprégnation d'éléments allongés et renforcés, tels des fils ou des tissus résistants, au moyen d'une substance thermodurcissable, telle une résine liquide thermodurcissable. Par substance thermostabilisable, on entend toutes les substances dont les caractéristiques se modifient de façon durable ou permanente sous l'action de la chaleur et/ou de la température. Cette action thermique peut être l'unique action responsable du processus de modification des caractéristiques de la substance, comme cela peut se produire pour une réticulation ou une vulcanisation du matériau. Cette action thermique peut aussi n'être pas la seule action à produire des modifications durables ou permanentes du matériau, mais agir en concomittance avec d'autres actions, telles l'oxydation ou l'évaporation du matériau, ou d'une partie de celui-ci. Les substances thermostabilisables utilisables par l'invention sont de - 2 - préférence, mais non nécessairement, fluides aux différentes températures imposées à la substance dans le dispositif, ou suivant La méthode, selon l'invention. Ces substances peuvent être, par exemple, des matériaux thermodurcissables, des élastomères, des thermo- plastiques, ou des métaux. Les éLéments allongés pourront être des éLéments de renforts allongés, tels des fils d'armature en métal, polyamide, KEVLAR qui est un polyaramide dont la marque est déposée par la Société Dupont de Nemours, verre, carbone, disposés en nappes de fils parallèLes,. en tresses, ou en tissus. Selon l'art antérieur, lorsque l'on désire imprégner des éléments allongés, on utilise un bac pourvu de moyens de régulation thermique, par exemple des moyens de chauffage, dans lequel est disposée la substance d'imprégnation et dans lequel pénètre un tambour transférant La substance vers la zone d'imprégnation des éléments allongés. Un panneau radiant assure en général un réchauffage complémentaire de la substance au niveau de la zone d'imprégnation. Relativement à l'art antérieur, la présente invention permet d'améliorer la qualité d'imprégnation des éléments allonges, notamment en ce qui concerne la pénétration plus profonde de la substance et la réduction des inclusions de bulles d'air, d'accroître la cadence de production, et enfin de restreindre notablement les pertes de matières, en particulier de la substance thermostabilisable. La flexibilité de la mise en oeuvre de la présente invention permet l'insertion du dispositif proposé dans une chaîne de production en continu ou en discontinu, notamment lorsque des arrêts y sont possibles. D'une manière simplifiée, le dispositif et le procédé selon l'invention consistent notamment, au moment de l'imprégnation, à -3- améLiorer Les caractéristiques de la substance imprégnante, en particuLier à réaliser La diminution de sa viscosité par une élévation de température, au moyen d'un chauffage circonscrit, tout en maintenant à une température inférieure la substance en attente d'être utilisée. Selon les substances utilisables dans le dispositif d'imprégnation selon l'invention, les températures de la substance au moment de l'imprégnation, ou en attente d'être utiLisée, peuvent être soit supérieures, soit inférieures, à la température ambiante, soit l'une supérieure et l'autre inférieure. Pour cela, les moyens, teLs que des moyens de réchauffage ou de refroidissement, utilisés pour maintenir un écart de températures, seront généralement définis comme moyens de thermorégulation. L'invention remédie aux inconvénients de l'art antérieur qui utilise une température d'imprégnation beaucoup plus basse et souvent très insuffisante, et se traduit par un empâtement de l'organe de transfert et du poste d'alimentation, une évolution rapide de la substance en attente d'être utilisée, et des pertes importantes de substance. L'invention fournit un dispositif d'imprégnation d'un élément allongé par transfert de substance thermostabilisable depuis un poste d'alimentation de la substance jusqu'à l'élément au moyen d'un organe de transfert, l'élément étant déplacé longitudinalement devant l'organe de transfert, ledit organe de transfert comportant une surface mobile passant dans le poste, puis devant l'élément, La substance étant déposée sur la surface au niveau du poste et en étant transférée au moins partiellement sur l'éLément, dans une zone voisine dudit élément. Le dispositif est notamment caractérisé en ce que l'organe de transfert comporte des moyens de thermorégulation, tels des moyens de réchauffage, adaptés à ce que la température de la surface au niveau -4. de la zone d'imprégnation soit sensiblement supérieure à celle de la substance dans le poste. Le poste d'alimentation pourra comporter des moyens de thermorégulation adaptés à ce que la température de la substance dans le poste soit sensiblement inférieure à la température de la surface au niveau de la zone d'imprégnation. Le dispositif pourra comporter un organe essoreur adapté à dégager de la surface la substance non transférée par l'élément, cet organe essoreur étant situé en amont dudit poste d'alimentation. Le dispositif pourra comporter un élément doseur placé en aval du poste d'alimentation, cet élément doseur étant adapté à produire, sur la surface, une couche de substance uniforme et réglée en épaisseur. Le dispositif pourra comporter au moins un système, tel un rouleau, préparateur de l'élément à imprégner, en amont de la zone o l'élément est imprégné. Le dispositif pourra comporter des moyens d'écartement de l'élément allongé relativement audit organe de transfert et l'organe de transfert pourra comporter des moyens d'entraînement de sécurité adaptés à mouvoir l'organe de transfert une fois les moyens d'écartement mis en action. Une partie dudit élément allongé pourra s'appliquer contre une partie dudit organe de transfert, et l'élément de renfort pourra entraîner en mouvement ledit organe de transfert. La substance thermostabilisable pourra être une résine thermo- durcissable. - L'organe de transfert pourra comprendre au moins un cylindre de révolution. Le poste d'alimentation pourra comporter un bac o se trouve ladite substance et L'organe de transfert pourra plonger dans ledit bac. Le poste d'alimentation pourra comporter un bac o se trouve la substance et un organe de circulation adapté à prélever la substance située dans le bac, à l'acheminer vers l'organe de transfert et à enduire correctement ce dernier avec celle-ci. Le dispositif pourra comporter des moyens d'espacement adaptés à écarter du poste d'alimentation l'organe de transfert. L'invention fournit également une méthode d'imprégnation d'un élément de renfort par transfert de substance thermostabilisable depuis un poste d'alimentation de la substance jusqu'audit élément à imprégner au moyen d'un organe de transfert ayant une surface mobile sur laquelle est déposée ladite substance. Cette méthode est notamment caractérisée en ce qu'on maintient La température de la surface sensiblement supérieure à celle du poste. La présente invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus nettement à la lecture de la description qui suit, relative, mais non exclusivement, à l'imprégnation d'éléments allongés de renfort par une substance thermodurcissable et illustrée par les deux figures annexées illustrant deux modes de réalisation possibles du dispositif selon l'invention. Sur cette figure 1, l'élément allongé 1 est, par exemple, composé d'un ensemble d'une ou plusieurs mèches de filaments de renfort placées parallèlement selon leur axe longitudinal et sensiblement dans le même plan. Cet élément allongé 1 s'appuie sur deux rouleaux préparateurs ou ouvreurs 2, de diamètres, d'espacement et de disposition transversale - 6 - adaptés à la nature et aux dimensions des mèches pour produire éventuellement une rupture du liant qui agglomère les fils de renfort et ainsi permettre l'ouverture des mèches. Après avoir traversé la zone des rouleaux préparateurs, pouvant être limités à un seul, l'élément allongé 1 vient d'abord s'appliquer sur l'organe de transfert 3 pour subir l'imprégnation d'une quantité définie de substance thermodurcissable, puis s'écarter dudit organe de transfert 3 pour subir un trancanage ou être directement utilisé, par exemple, pour la fabrication en continu d'armures en matériau composite, notamment les armures que comporte un tube renforce, ou la fabrication d'un tube ou d'un objet par enroulement filamentaire. Sur la figure 1, l'élément allongé 1 s'applique sur l'organe de transfert 3, mais il pourrait aussi ne pas s'y appliquer et passer à son voisinage, le transfert de matière s'effectuant par projection centrifuge, électrostatique ou fluidique, par exemple. Cependant, la configuration décrite est simple et tres efficace. L'organe de transfert 3 comporte un tambour cylindrique de section circulaire qui tourne autour d'un axe 4 et est entraîné par l'intermédiaire de l'élément allongé 1, dont l'entrainement est obligatoire. On pourrait aussi motoriser le tambour de l'organe de transfert 3, mais l'expérience montre qu'un nombre réduit de mèches, en contact avec une portion réduite du tambour, dispense de l'usage d'un moteur spécifique. L'organe de transfert 3 pourrait aussi comporter une bande transporteuse souple montée sur des rouleaux. Au voisinage de sa surface extérieure mobile entrant en contact avec l'élément allongé, l'intérieur de l'organe de transfert 3 est garni de moyens de réchauffage 5, par résistance électrique, air chaud ou fluide caloporteur, etc, adaptés à maintenir une temperature élevée de -7manière que la substance, qui se comporte à cette température comme un fluide, ait sa viscosité la plus faible possible et imprègne en profondeur l'élément allongé 1, sans inclusion d'air, suffisamment et sans excès de substance. Les essais, réalisés avec un organe de transfert 3 de 50 cm de largeur et 30 cm de diamètre et avec une résine thermodurcissable comme substance d'imprégnation, montrent que selon la vitesse de production, la température à la surface de l'organe de transfert au niveau de la zone d'imprégnation peut être comprise, par exemple, entre 70 et 140 C selon la vitesse d'imprégnation de l'élément allongé et la température du poste d'alimentation 7 comprise entre 7 et 25 C suivant la température de l'eau servant au refroidissement. Pour ces essais, la résine thermodurcissable était composée de 100 parties de diglycidyléther du bisphénol A (base), 90 parties d'anhydride interne de l'acide 2.3 dicarboxylique, 1,5 norbonène, X méthyl (durcisseur) et de 2 parties de benzyldiméthylamine (accélérateur). D'une manière générale, la température du poste d'alimentation 7 est adaptée de manière à limiter l'évolution chimique de la substance contenue dans le poste d'alimentation et d'autre part, à assurer l'alimentation convenable de l'organe de transfert 3. De même, la température de l'organe de transfert 3 est adaptée de manière que la viscosité de la substance d'imprégnation, soit la plus faible nécessaire au niveau de la zone d'imprégnation pour permettre une imprégnation correcte des éléments allongés 1 et que l'évolution chimique de la substance sur l'organe de transfert soit minimale. Par exemple, une résine thermodurcissable doit rester fusible ou fondue dans le dispositif. - 8 - Alors que la zone d'imprégnation 6 de l'élément allongé 1 est située dans la partie supérieure de l'organe de transfert 3, le poste d'alimentation 7 de substance thermodurcissable 8 est situé dans la partie inférieure dudit organe 3, de manière que le poste d'alimentation puisse comporter avantageusement un bac 9 o se trouve la substance 8. Pour éviter l'échauffement de la substance 8 contenue dans le bac 9 du fait du chauffage de l'organe de transfert 3, le bac 9 comporte des moyens de refroidissement 10, tels un serpentin de refroidissement à eau courante, ou un échangeur relié à un groupe frigorifique, ou encore des ailettes de refroidissement éventuellement placées dans un courant d'air forcé. L'échauffement du bac 9 est dû à la chaleur provenant de l'organe de transfert 3, soit directement par le contact avec la substance 8, soit par la substance qui a été déposée sur l'organe de transfert 3 au niveau du poste d'alimentation 7, qui n'a pas été enlevée lors de l'imprégnation de l'élément allongé 1 et qui est dégagée de la surface de l'organe de transfert 3, soit après l'imprégnation et en amont du poste d'alimentation 7, par un organe essoreur 11, soit en aval du poste d'alimentation par des racloirs 14. L'amont d'un point considéré est la zone qu'un élément de matière parcourt au cours du processus technique avant d'aboutir au point considéré, alors qu'au contraire l'aval est la zone qui est atteinte après le point considéré. Le refroidissement permet de maintenir le poste d'alimentation 7 par exemple à la température de 200C, de manière à ralentir la gélification de la résine ou d'une manière générale, l'évolution de la substance d'imprégnation. La substance éliminée par l'organe essoreur 11 est renvoyée dans une - 9 zone froide du bac 9 grâce à une cLoison séparatrice 12, de manière à stopper le plus rapidement possible l'évolution de la substance enlevée. Cependant, on pourra aussi renvoyer la substance éliminée en La répartissant au voisinage de l'organe de transfert 3, de manière que La substance soit rapidement consommée par L'imprégnation. Par ce procédé, on évite à la substance de stagner sur des parties de la surface de l'organe de transfert 3 qui ne sont pas dépourvues de substance par l'imprégnation de l'élément allongé 1. Un enlèvement de la substance chauffée, son mélange avec de la substance fraîche contenue dans le bac 9, puis la répartition du mélange sur toute la surface chauffée de l'organe de transfert permet notamment de réaliser des économies d'énergie en épargnant à la substance chauffée d'être refroidie avant d'être réchauffée un certain nombre de fois. Toutefois, ce recyclage rapide s'effectue au détriment d'un effet de trempe qui atténue l'évolution de la substance. Grâce à cet organe essoreur 11, on évite toute stagnation de substance chaude, telle qu'une résine, tournant en rond entre les mèches et risquant de gélifier à La surface de l'organe de transfert. En aval du poste d'alimentation 7 est disposé un élément doseur 12 permettant d'uniformiser et de régler en épaisseur la couche de substance dont l'organe de transfert 3 s'est recouvert en passant dans le poste d'alimentation 7. L'excès de substance revient ensuite vers le poste 7. L'épaisseur de la couche est réglée de telle sorte que les mèches constituant l'élément allongé 1 sont correctement (ni pas assez, ni trop) imprégnées. Sensiblement au même niveau que l'élément doseur, se trouvent sur chacun des flasques de l'organe de transfert 3, deux racloirs 14 - 10 - éliminant des flasques la substance et permettant alors le transfert de cette substance vers une zone refroidie du bac 9. Le bac d'alimentation 9 pourra se conformer à la géométrie de l'organe de transfert 3, de manière à réduire la quantité de substance située dans le bac et réchauffée par l'organe 3. Une épaisseur de substance entre le fond du bac 9 et l'organe 3 de 5 à 30 mm est satisfaisante. Cette disposition nécessite toutefois une réalimentation du bac en résine fraîche plus fréquente que lorsque le bac est plus grand. En utilisant des moyens de refroidissement 10 adaptés, ou en profitant de la mauvaise conductibilité thermique de la substance, on pourra accroître le volume du bac. Pour éviter que, lors d'un arrêt de l'organe de transfert 3, la résine imprégnant l'élément allongé 1 n'évolue sous l'action de la chaleur, le dispositif comporte des moyens d'écartement entre l'élément allongé 1 et ledit organe 3. Ces moyens peuvent être composés d'un rouleau 16 actionné par un bras mobile 17 en cas d'arrêt. Le rouleau étant initialement situé entre les mèches 1 et l'organe de transfert 3, aboutit alors à la position 18 mentionnée en pointillés. De même, lorsqu'on arrête la production de mèches imprégnées, les mêmes moyens pourront être utilisés pour écarter les mèches 1 de l'organe de transfert 3. Dans ce cas, un organe d'entraînement de sécurité 19 permettra de maintenir l'organe 3 en rotation si celui-ci ne possède pas de motorisation indépendante. Grâce au dispositif, on peut obtenir des cadences de fabrication très variables avec une production de mèches imprégnées de 0,2m/min à m/min et préférentiellement de 2m/min à 25m/min, sans risque de gélification de l'organe de transfert et du poste d'alimentation. De - 11 - plus, la qualité de l'imprégnation, est accrue par la bonne pénétration de la résine dans l'élément allongé. On pourra aussi motoriser l'organe de transfert et faire circuler l'éLément allongé dans un sens opposé à celui dudit organe. La figure 2 illustre une variante du mode de réalisation selon l'invention illustré à la figure 1. Les éLéments similaires des figures 1 et 2 sont désignés par les mêmes références numériques. La différence entre les modes de réalisation des figures 1 et 2 réside en ce que le poste d'alimentation 7 comporte un organe de circulation 21 de forme cylindrique tournant autour d'un axe fixe 22 et prélevant sur sa périphérie la substance d'imprégnation par un plongement de cet organe 21 dans le bac 9 rempli de substance. La substance préLevée par l'organe de circulation 21 est acheminée par rotation de l'organe 21 vers l'organe de transfert 3 qui s'enduit alors de celle-ci. L'espace entre l'organe de transfert 3 et l'organe de circulation 21 est adapté à permettre la bonne enduction de ce dernier. Un train d'engrenages (non représenté), protégé des projections éventuelles de la substance, assure une synchronisation entre l'organe de transfert 3 et l'organe de circulation 21, de manière à assurer une enduction correcte de l'organe de transfert et une imprégnation correcte. La hauteur de denture de ces engrenages peut être telle que l'entraînement de l'organe de circulation 21 est possible lorsque, par des moyens d'espacement 23, on espace les organes de transfert 3 et de circulation 21, par exemple pour un arrêt de l'avancement des éléments allongés 1, une fois que les moyens d'écartement 16, 17 et l'organe d'entraînement de sécurité 19 de l'organe de transfert 3 ont été mis en action. L'espacement produit permet d'essorer compLétement l'organe de transfert 3 et d'éviter à la substance s'y trouvant de subir une - 12 - évolution chimique. Pour assurer l'entraînement correct de l'organe de circulation 21, on pourra aussi recourir à un moteur supplémentaire placé au niveau de l'axe 22 et entraînant l'organe 21. Le poste d'alimentation comporte deux racloirs 24 éliminant des flasques de l'organe de circulation 21, la substance d'imprégnation. Ces racloirs sont avantageusement disposés juste en amont du prélèvement de la substance par l'organe 21, de manière à assurer le meilleur refroidissement possible de ce dernier et le renouvellement de la substance située sur ses flasques. Un protecteur 25 placé à l'extrémité du racloir 24 situé vers l'axe 22 empêche que des projections de résine n'entravent la rotation de l'organe 21. L'organe essoreur 11 de l'organe de transfert 3, qui dans le mode de réalisation précédent déversait la substance au-delà d'une cloison séparatrice 12, laisse choir la substance directement dans le bac 9. Etant donné que dans le deuxième mode de réalisation, les fl&sques de l'organe de transfert 3 sont recouvert de substance sur une zone périphérique plus restreinte que dans le premier mode (Fig. 1), la longueur des racloirs 14 peut en être réduite. Dans le premier mode de réalisation selon l'invention, on pourra aussi utiliser un organe d'espacement entre l'organe de transfert et le poste d'imprégnation, de manière à pouvoir essorer complètement l'organe de transfert 3. Pour certains types de produits et de conditions d'imprégnation, il est possible d'adjoindre au dispositif, au niveau de la zone d'imprégnation, un panneau radiant, de manière à augmenter localement - 13 - la température de la substance pour améliorer l'imprégnation des mèches. On pourra aussi procéder à l'enduction de l'organe de transfert par la fusion d'un bloc de substance placée à une température suffisante pour qu'elle soit solide. La substance essorée par l'organe essoreur pourra alors, par exemple, être directement reconduite vers le point de contact du bloc et de l'organe de transfert. Le poste d'aLimentation comportera de ce fait des moyens spécifiques permettant d'assurer le contact du bloc et de L'organe de transfert. - 14 - R E V E N D I C A T I 0 N S REVENDICATIONS 1. - Dispositif d'imprégnation d'au moins un élément allongé (1) par transfert de substance (8) thermostabilisable depuis un poste d'alimentation (7) de ladite substance jusqu'audit élément (1) au moyen d'un organe de transfert (3), ledit élément (1) étant déplacé longitudinalement devant ledit organe de transfert (3), ledit organe de transfert (3) comportant une surface mobile passant dans ledit poste (7), puis devant ledit élément (1), ladite substance (8) étant déposée sur ladite surface au niveau dudit poste (7) et en étant transférée au moins partiellement sur ledit élément dans une zone voisine dudit éLément, caractérisé en ce que L'crgane de transfert comporte des moyens de thermoregulation, tels des moyens de réchauffage (5), adaptés à ce que la température de ladite surface au niveau de la zone d'imprégnation (6) soit sensiblement supérieure à la température de ladite substance dans ledit poste d'alimentation (7). 2. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit poste d'alimentation (7) comporte des moyens de thermorégulation, tels des moyens de refroidissement (10), adaptés à ce que la température de ladite substance dans ledit poste d'alimentation (7) soit sensiblement inférieure à la température de ladite surface au niveau de ladite zone d'imprégnation. 3. - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte un organe essoreur (11) adapté à dégager de ladite surface la substance non transférée par ledit élément, ledit organe essoreur (11) étant situé en amont dudit poste d'alimentation (7). 4. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un élément doseur (13) placé en aval dudit poste d'alimentation (7), ledit élément doseur (13) étant adapté à produire, sur ladite surface, une couche de substance (8) uniforme et réglée en épaisseur. - 15 - 5. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un rouleau préparateur (2) dudit élément à imprégner en amont de ladite zone (5) o ledit élément est imprégné. 6. - Dispositif selon L'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'écartement (16, 17) dudit élément allongé (1) relativement audit organe de transfert (3) et en ce que l'organe de transfert (3) comporte des moyens d'entraînement de sécurité (19) adaptés à mouvoir ledit organe de transfert (3) une fois les moyens d'écartement (16, 17) mis en action. 7. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'une partie dudit élément allongé (1) s'applique contre une partie dudit organe de transfert (3), et en ce que ledit élément de renfort entraîne en mouvement ledit organe de transfert (3). 8. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite substance thermostabilisable est une résine thermodurcissable. 9. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit organe de transfert (3) est un cylindre de révolution. 10. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ledit poste d'alimentation (7) comporte un bac (9) o se trouve ladite substance (8) et en ce que ledit organe de transfert (3) plonge dans ledit bac. 11. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ledit poste d'alimentation (Fig. 2) comporte un bac (9) o se trouve ladite substance (8), et un organe de circulation (21) adapté à prélever ladite substance située dans ledit bac (9), à l'acheminer vers ledit organe de transfert et à enduire correctement ce dernier avec celle-ci. - 16 - 12. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'espacement (23) adaptés à écarter dudit poste d'alimentation (7) ledit organe de transfert (3). 13. - Méthode d'imprégnation d'un élément de renfort par transfert de substance thermostabilisable depuis un poste d'alimentation (7) de ladite substance jusqu'audit élément à imprégner (1), au moyen d'un organe de transfert (3) ayant une surface mobile sur laquelle est déposée ladite substance, caractérisée en ce qu'on maintient la température de ladite surface sensiblement supérieure à celle dudit poste.