Brevet FR2644482A1 — publié le 19900921

*1 La présente invention concerne un dispositif d'imprégnation d'une mèche en continu qui défile dans une zone du dispositif dans laquelle elle est mise en contact avec un liquide d'imprégnation. De tels dispositifs sont utilisés pour la fabri- cation des matériaux composites, et plus précisément pour réaliser l'imprégnation filamentaire qui permet de réaliser des bobinages par voie humide ou des produits semifinis appelés produits préimprégnés filamentaires. Ces techniques nécessitent l'emploi de mèches ou de rubans de filaments de toute nature telle que par exemple le verre, le kevlar, le carbone, etc. Le liquide d'imprégnation est généralement une résine durcissable servant de liant ou de matrice aux matériaux composites. On a déjà proposé diverses techniques et divers dispositifs d'imprégnation connus notamment sous les noms d'imprégnation "au rouleau" ou "à filière" dont l'orifice calibré peut être de section fixe ou variable. Dans ces techniques, la résine est généralement stockée en température dans un réservoir dans lequel la mèche est en défilement. La quantité de résine stockée à la température voulue pour une bonne viscosité et donc une bonne imprégnation est incompatible avec la vitesse de pré- lèvement par la mèche. Ceci a pour inconvénient de provoquer un vieillissement prématuré de la résine surabondante dans le réservoir qui provoque des changements de ses propriétés ainsi qu'une perte importante de résine lors de l'arrêt de production qui nécessite un nettoyage complet du matériel. De plus la technique â. filière, à orifice fixe ou réglable, provoque toujours une dégradation plus ou moins importante de la mèche par frottement. La présente invention a pour but de proposer un dispositif qui permette de remédier aux incon- vénients qui viennent d'être mentionnés et qui permette de réaliser une parfaite imprégnation à coeur de la mèche en n'utilisant que la plus juste quantité nécessaire de liquide d'imprégnation. Dans ce but l'invention propose un dispositif du type mentionné plus haut, caractérisé en ce que la zone d'imprégnation comporte un conduit d'arrivée du liquide sous pression dont l'orifice de sortie débouche généralement suivant l'une des deux directions transversales opposées de la mèche. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - la zone comporte des moyens pour faire changer la mèche de direction; - un dispositif comporte une seconde zone d'impré- gnation qui comporte un second conduit d'arrivée du liquide sous pression dont l'orifice de sortie débouche généralement suivant l'autre direction transversale de la mèche; - les moyens pour faire changer la mèche de direc- tion sont agencés entre les deux conduits d'arrivée du liquide sous pression et il est prévu des seconds moyens pour faire changer la mèche de direction après son passage devant le second conduit d'arrivée qui rétablissent la direction initiale de défilement de la mèche avant sont pas- sage devant le premier conduit; - la zone d'imprégnation est agencée dans un canon de guidage à l'intérieur duquel défile la mèche, le conduit d'arrivée débouchant dans le canon généralement perpendiculairement à l'axe de ce dernier; - le canon présente au moins un changement de direction en aval de ce dernier; - la zone d'imprégnation est un couloir de guidage de la fibre comportant un fond de guidage contre lequel défile la mèche et dans lequel est formé l'orifice de sortie du conduit d'arrivée du liquide sous pression; - le fond du couloir présente un profil circulaire dans le sens du défilement de la mèche; - le fond du couloir présente un profil rectangu- laire dans le sens du défilement de la mèche; - le dispositif comporte deux couloirs espacés le long de la mèche, agencés de manière opposée et décalés par rapport au plan de la mèche de manière à constituer lesdits deux moyens de changement de direction; et - chaque conduit d'arrivée est alimenté en liquide sous pression par un circuit comportant une source de pres- sion, des moyens de régulation de pression et des moyens de régulation du débit du liquide d'imprégnation. La description qui va suivre, en regard des des- sins annexés à titre d'exemples non limitatifs, permettra de bien comprendre comment l'invention peut être mise en pratique. La figure 1 est une vue en perspective avec arrachement partiel d'un premier mode de réalisation d'un dispositif d'imprégnation selon l'invention comportant un canon d'imprégnation. La figure 2 est une vue de détail d'une variante de réalisation du dispositif de la figure 1 prise en section selon la ligne 2-2 de la figure 3. La figure 3 est une vue de dessus de la figure 2. La figure 4 est une vue en perspective similaire à celle de la figure 1 d'un autre mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention. La figure 5 est une vue simplifiée d'un troisième mode de réalisation d'un dispositif d'imprégnation selon l'invention. La figure 6 est une vue en section selon la ligne 6-6 de la figure 5. La figure 7 est un schéma illustrant l'équilibre des forces auxquelles est soumise la mèche lors de son passage dans le dispositif d'imprégnation. On a représenté à la figure 1 un dispositif 10 permettant d'imprégner une mèche 12 avec une résine contenue dans un pot fermé formant réservoir 14. La mèche 12 défile sensiblement horizontalement à la figure 1 sur laquelle on voit la tranche de la mèche 12, le plan commun à ses deux faces opposées étant perpendicu- laire au plan du bâti. Le pot formant réservoir 14 est un pot sous pres- sion qui est équipé d'un dispositif de régulation de pres- sion 16 duquel sort un conduit d'amenée de liquide sous pression 18 dans lequel est interposée une valve de débit du liquide d'imprégnation sous pression 20. L'extrémité 22 du conduit 18 est reliée à un alésage rectiligne 24 formé dans un bottier 26 fixé sur un bâti 28. L'alésage 24 prolonge le conduit 22 et son orifice de sortie 30 débouche sensiblement perpendiculairement dans un canon 32 de guidage de la mèche 12. Dans ce mode de réalisation le canon est rectiligne et l'orifice de sortie 30 est en regard de l'une des faces 13 de la mèche 12. La mèche défile dans le sens de la flèche A de la figure 1. La longueur du canon, la pression et le débit de la résine formant agent d'imprégnation doivent être détermi- nés en fonction de la viscosité de la résine et de la capa- cité d'absorption de la mèche. Le tube constituant le canon peut être réalisé en métal, en matière plastique ou en verre. La variante représentée aux figures 2 et 3, outre le fait que le boîtier 26 et l'tarrivée du conduit 22 y sont représentés plus en détail, diffère du premier mode de réali- sation en-ce que le canon 32 comporte une première partie rectiligne 34 qui s'étend à travers le boitier 26 et dans laquelle arrive le liquide sous pression et une seconde portion coudée 36 qui prolonge la première portion 34. La portion coudée 36 comporte deux coudes de changement de direction 38 et 40 qui sont agencés successive- ment pour provoquer deux changements de direction de la mèche 12 lors de son défilement, tous les deux dans le plan conte- nant la mèche et l'axe du conduit 22 perpendiculaire à une des faces de la mèche. A l'issue des deux changements de direction, la mèche se retrouve dans une direction de défile- ment parallèle à celle qu'elle avait avant de pénétrer dans la zone d'imprégnation du boîtier 26. Le r8le de deux chan- gements de direction sera décrit plus loin. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 4 les éléments identiques à ceux de la figure 1 sont désignés par les mêmes chiffres de référence. On retrouve sur le dispositif un premier boîtier 26 dans lequel l'alésage d'arrivée du conduit 22 débouche dans un perçage 45 qui constitue un canon de longueur réduite. Le dispositif comporte, en aval du premier boitier 26, un second boitier identique 126 mais qui est disposé de manière à ce que l'orifice de sortie 130 débouche dans le perçage 145 en regard de l'autre face 13 de la mèche 12. De plus, les deux boitiers sont décalés verticalement l'un par rapport à l'autre de manière à provoquer deux changements successifs de direction de la mèche entre son entrée et sa sortie du dispositif à laquelle elle retrouve une direction parallèle à sa direction d'entrée. Comme on peut le voir à la figure 4, le décalage vertical des deux bottiers 26 et 126 permet de provoquer deux coudes, ou points d'inflexion, lors du défilement de la mèche 12, le premier à la sortie du premier bottier 26 et le second juste à l'entrée du second bottier 126. Dans le mode de réalisation représenté aux figures et 6 qui comporte également deux zones successives d'im- prégnation de la mèche, les bottiers 26 et 126 sont remplacés par deux éléments en forme de demi-camemberts 50 et 150. La surface périphérique cylindrique 52 de l'élément 50 comporte une gorge 54 qui constitue un couloir de guidage de la mèche 12 contre le fond 56 duquel défile la face 13 de la mèche 12. Le conduit 22 est relié à un perçage 58 formé dans l'élément 50 qui débouche dans le fond 56 de manière à ce que son orifice de sortie 60 soit en regard de la face 13. La largeur "a" du fond 56 est légèrement inférieure à la largeur de la mèche et le couloir 54 est délimité latérale- ment par deux faces inclinées 62 et 64 qui ont pour effet de recentrer la mèche dans le fond du couloir. Le conduit 122 est relié à un perçage 158 formé dans l'élément 150, qui débouche dans le fond d'un couloir de guidage de cet élément qui est identique à l'élément 50 (figure 6). Comme dans le cas du dispositif de la figure 4, le second élément 150 est identique au premier élément 50 mais est agencé de manière opposée et est décalé verticale- ment pour provoquer le double changement de direction de la mèche 12 lors de son défilement entre les deux éléments 50 et 150. Ce défilement est provoqué par une bobine motrice 66 qui tire la mèche depuis une bobine freinée 68. Les changements de direction de la mèche lors de son défilement ont pour but de rééquilibrer les efforts appliqués à la mèche du fait de l'arrivée du liquide d'impré- gnation sous pression. Les différents moyens proposés permettent d'arriver à un équilibre idéal des forces appli- quées à la mèche qui est représentée à la figure 7. T repré- sente la tension appliquée à la mèche 12 par les moyens pro- voquant son défilement. T' la réaction, P la pression appli- quée sur le ruban par le liquide sous pression. On constate que, lorsque T est appliqué selon la direction de la bissec- trice formée par T et par T', il est possible d'obtenir l'équilibre entre la résultante R de T et de T' et la force P. L'utilisation d'un liquide d'imprégnation sous pression permet de réaliser une imprégnation à coeur de la mèche sans provoquer de dégradation ou d'érosion. Les moyens de régulation du débit permettent d'obtenir un taux pré- cis d'imprégnation de la mèche tandis que la combinaison des moyens 20 et des moyens de régulation de pression 16 permet d'éviter toute perte de résine. Le rééquilibrage des forces dans la mèche se fait par réaction dans la mèche elle-même grâce au changement de direction. L'agencement de deux zones d'imprégnation consécu- tives permet d'imprégner la mèche idéalement par ses deux faces opposées. Dans ce dernier cas la pression et le débit de résine peuvent provenir d'un même conduit d'amenée qui se divise en deux pour alimenter chacun des deux bottiers ou éléments d'imprégnation. La résine sous pression forme un film entre sa face et la partie en regard du dispositif d'imprégnation - dans la zone d'arrivée de la résine, qui évite pratiquement toute érosion de la mèche. REVENDICATIONS 1. Dispositif (10) d'imprégnation d'une mèche (12) qui défile dans une zone du dispositif dans laquelle elle est mise en contact avec un liquide d'imprégnation, caracté- risé en ce que ladite zone (26) comporte un conduit (22, 24) d'arrivée du liquide sous pression dont l'orifice de sortie (30) débouche généralement suivant l'une (13) des deux directions transversales opposées de la mèches (12). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que ladite zone (26) comporte des moyens (32, 38, ) pour faire changer la mèche de direction. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte une seconde zone (126) d'imprégnation de la mèche qui comporte un second conduit (122, 124) d'arrivée du liquide sous pression dont l'orifice de sortie (130) débouche généralement suivant l'autre direc- tion transversale de la mèche (12). 4. Dispositif selon la revendication 3 prise en combinaison avec la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens (26, 126, 50, 150) pour faire changer la mèche de direction sont agencés entre lesdits deux conduits et en ce qu'il est prévu des seconds moyens (126, 150) pour faire changer la mèche de direction après son passage devant le second conduit d'arrivée (122, 124, 122, 158) qui réta- blissent la direction initiale de défilement de la mèche avant son passage devant le premier conduit. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite zone est agencée dans un canon de guidage (32) à l'intérieur duquel défile la mèche (12) et en ce que le conduit d'arrivée (22, 24) débouche dans le canon généralement perpendiculairement à l'axe de ce dernier. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractéri- sé en ce que le canon (32) présente au moins un changement de direction (38, 40) en aval de ce dernier. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 4, caractérisé en ce que ladite zone est un couloir de guidage (54) de la mèche comportant un fond de guidage (56) contre lequel défile la mèche et dans lequel est formé ledit orifice de sortie (60). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractéri- sé en ce que ledit fond de guidage (56) présente un profil circulaire dans le sens de défilement de la mèche (12). 9. Dispositif selon la revendication 7, caractéri- sé en ce que ledit fond de guidage (56) présente un profil rectangulaire dans le sens de défilement de la mèche (12). 10. Dispositif selon la revendication 8 ou 9, prise en combinaison avec la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte deux couloirs espacés le long de la mèche (12), agencés de manière opposée et décalés par rapport à la mèche (12) de manière à constituer lesdits deux moyens de changement de direction. 11. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications précédentes caractérisé en ce que chaque conduit d'arrivée (22, 122) est alimenté en liquide sous pression par un circuit comportant une source de pression (14), des moyens de régulation de pression (16) et des moyens (20) de régulation du débit du liquide d'imprégnation.