Brevet FR2643497A1 — publié le 19900824

BROSSE ELECTROCONDUCTRICE A TONTURE SOUPLE ET SON PROCEDE DE FABRICATION L'invention concerne le domaine des brosses électroconductrices et leur procédé de fabrication. I1 existe déjà des brosses électroconductrices souvent appelées brosses antistatiques, un emploi important de ces brosses étant l'élimination de l'électricité statique. Celle-ci prend naissance lors du contact et de la séparation de deux corps isolants : des matériaux ou des objets non conducteurs en contact discontinu et en frottement se chargent en électricité statique et, dans certaines conditions (matériaux secs) les corps chargés peuvent atteindre plusieurs milliers de volts. Il en résulte des inconvénients parfois graves qui peuvent aller jusqu'à la décharge brutale, cause d'accident, d'incendie ou de destruction de matériel fragile. Un autre emploi de ces brosses est la détection de trous dans un produit isolant en défilement sur un rouleau de guidage conducteur : dès qu'un trou passe sous la brosse, alimentée en basse tension, une alarme se déclenche. Enfin, ces brosses peuvent être utilisées pour la dérivation de courants électriques parasites; dans ce cas, la brosse sert de balai de masse. Les brosses antistatiques actuellement disponibles dans le commerce présentent une monture rigide de dimensions spécifiques, qui peut être en acier ou en aluminium, à laquelle sont fixées des fibres conductrices sous forme de nappe de fibres ou sous forme d'une succession de petits pinceaux de fibres. Il existe aussi déjà des brosses à fibres conductrices dont la monture est en polyester thermoplastique; les fibres sont, dans ce dernier cas, tenues par collage sur cette monture et reliées électriquement par un conducteur métallique. Ces brosses présentent un certain nombre d'inconvénients - ces.brosses sont relativement rigides, ce qui est un avantage dans certains cas, mais un inconvénient dans d'autres - la tenue mécanique des fibres est mauvaise, les fibres étant souvent simplement pincées entre les deux machoires d'une monture métallique ou collées dans le cas de brosse à monture en polyester - la continuité électrique peut être discutable du fait que les contacts du conducteur métallique avec les fibres conductrices sont plus ou moins bons - le poids de ces brosses est relativement élevé. Ces brosses selon l'art antérieur ne permettent pas toujours de résoudre les problèmes posés par l'élimination de l'électricité statique en particulier. C'est le cas notamment avec les imprimantes rapides associées aux gros ordinateurs : elles débitent à grande vitesse de la bande de papier à pliage "accordéon" qui doit être débarrassée de toute électricité statique sous peine de ne pouvoir s'empiler correctement. Tant que le papier est guidé, en sortie immédiate d'imprimante, une brosse selon l'art antérieur peut opérer efficacement: mais compte tenu de la vitesse de défilement, le papier se recharge en électricité statique avant d'atteindre la pile, il est donc nécessaire d'adjoindre au dispositif mécanique, qui assure le pliage et l'empilage correct du papier, et qui est soumis à de fortes accélérations compte tenu de la vitesse, une brosse antistatique de grande légèreté afin de ne pas pénaliser la mobilité du dispositif mécanique et réduire ainsi la vitesse de l'imprimante. Les brosses rigides actuelles sont également peu adaptées au cas du conditionnement de produits pulvérulents, généralement non conducteurs, par ensachage dans des sacs souvent en matière plastique. Dans ce cas, d'une part les produits pulvérulents tapissent toute la surface intérieure du sac empêchant par exemple de voir le niveau de remplissage ou gênant la fermeture du sac, d'autre part, les poussières extérieures viennent adhérer à l'extérieur du sac, ce qui nuit à sa propreté et à son esthétique et peut entraîner une opération supplémentaire de nettoyage. Les brosses actuelles ne sont pas adaptées parce que les orifices par lesquels s'écoulent les produits pulvérulents sont à la fois de formes géométriques diverses, de dimensions variables, de sorte qu'il n'existe pas un nombre limité d'orifices "standards" pouvant être équipé de brosses antistatiques elles-mêmes de dimensions "standard". Pour ce type d'application, il est très souhaitable de disposer d'une brosse souple pouvant s'adapter à un orifice de petit rayon de courbure et également d'une brosse de dimension non spécifique et notamment de longueur non spécifique pour pouvoir l'adapter à tout orifice, quelles que soient ses caractéristigues géométriques. La demanderesse a donc cherché une réponse technique à ces trois souhaits du marché, que sont la légèreté, la-souplesse mécanique et la flexibilité d'emploi: elle a également cherché à réduire fortement les coûts de production. Ces objectifs sont atteints grîce à l'invention de la demanderesse. L'invention concerne une brosse électroconductrice dont les poils sont constitués de fibres ou fils conducteurs de l'électricité, désignés dans la suite de cette description et pour la clarté de son exposé par l'expression "fibres de brosse", et d'une monture1 conductrice de l'électricité, constituée par l'imbrication des fibres de brosse, sur une partie de leur longueur, avec d'autres-fibres ou fils eux-mêmes conducteurs on non, désignés dans la suite de cette description par l'expression fibres de monture". L'invention concerne aussi le procédé de fabrication d'une telle brosse. On comprendra mieux comment est constituée la brosse selon l'invention en considérant comment elle est fabriquée selon l'invention. La figure 1 schématise la fabrication d'une brosse la constituée d'une monture 2 et de fibres de brosse 3, obtenue par découpe selon la ligne 20a d'un tissu loacomportant des fils de chaîne 11 et des fils de trame 12 avec des zones 13 sans fils de trame. La figure 2 schématise la fabrication d'une brosse lb, enroulée en bobine, constituée d'une monture 2 et de fibres de brosse 3, obtenue par découpe, selon la ligne 20b d'un tissu lOb comportant des fils de chaîne 11 et des fils de trame 12 avec une zone 14 sans fils de chaîne. La figure 3 schématise la fabrication d'une brosse la, constituée d'une monture 2 et de fibres de brosse 3, obtenue par effrangeage d'une portion de tissu lOt. Le procédé de fabrication de brosses selon l'invention comporte une phase d'imbrication des fibres de brosse avec les fibres de monture, qui peut être mise en oeuvre selon 3 modalités. Selon une première modalité, des fibres de brosses et des fibres de monture sont tissées de façon à obtenir un tissu présentant des zones sans fils de chaîne ou des zones sans fils de trame - si les fibres de brosse sont en position de fils de chaîne, les fibres de monture, qui seront en position de fils de trame seront localement absentes (voir la fig. 1 qui schématise un tissu selon ce cas de figure) - si les fibres de brosse sont en position de trame, les fibres de monture, qui seront en position de fils de chaîne, seront localement absentes (voir la fig.2 qui schématise un tissu selon ce cas de figure) On obtient ainsi un tissu présentant des zones d'imbrication des fibres de brosses avec des fibres de monture 2 et des zones où les fibres de brosse sont parallèles entre elles et non liées entre elles 3. Lés possibilités de dimensionnement géométrique ainsi offertes par cette technique sont virtuellement infinies, qu'il s'agisse de la longueur de la monture ou celle des poils. I1 existe plusieurs possibilités d'imbrication selon l'invention correspondant à diverses contextures de tissu : contexture toile, satin ou serge ou des contextures dérivées de ces 3 contextures de base, le choix dépendant à la fois de l'aptitude des fibres de brosse et de monture à être tissées et des caractéristiques souhaitées pour la brosse finale. Quand on utilise des fibres de monture conductrices de l'électricité, le tissu pourra être ensuite découpé soit sous forme de bandelettes la de longueur correspondant à la laize du tissu (voir fig.l), soit sous forme de ruban lb de grande longueur enroulé en bobine (voir fig.2). On obtient ainsi des brosses souples répondant aux souhaits du marché et obtenues avec un procédé très economique. Les zones imbriquées du tissu, c'est-à-dire, après découpe du tissu, les montures de brosses, peuvent être selon l'invention soumises à divers traitements, seuls ou combinés: métallisation, dépôt d'adhésif, de colle, élastomère, de hot-melt, d'encre, de peinture, de résine, éventuellement rendus conducteurs, dépôt d'adhésif recouvert de film éliminable ultérieurement au moment de l'emploi, fixation d'une bande du type de celle connue sous le nom de la marque déposée Velcro Q. La métallisation est souhaitable si les fibres de monture ne sont pas conductrices de l'électricité. Elle apporte ainsi plusieurs avantages d'une part une modulation de la tenue et de la souplesse du tissu, d'autre part un meilleur contact électrique entre fibre et monture, entre monture et prise de terre, enfin une absence d'effilochage quand on coupe une brosse sous forme de ruban à la longueur d'utilisation. Le dépôt d'adhésif, d'élastomère, de colle, de hot-melt, d'encre, de peinture, de résine éventuellement conducteurs électriques joue un rôle partiellement analogue à la métallisation. Ces traitements sont aussi choisis selon un critère technologique lié au procédé de fabrication de façon à associer à une phase d'imbrication (tissage) de grande productivité, une phase de traitement de productivité aussi grande. Le dépôt d'adhésif recouvert de film éliminable au moment de l'emploi ou la fixation d'une partie de bande du type de celle connue sous la marque déposée Velcro t , sur une monture éventuellement prétraitée en vue de ce dépôt ou de cette fixation, répondent au souci de flexibilité et de facilité d'utilisation qui aussi est un des objectifs de l'invention ainsi, l'invention permet de prélever d'une brosse en bobine la longueur exacte de brosse nécessaire et de la fixer par simple pression sur un support, éventuellement muni d'une autre partie de bande du type de celle connue sous la marque déposée Velcro &commat; , il ne reste alors qu'à établir le contact électrique avec la terre, ce qui peut se faire avec tout moyen connu tel qu'une pince Zcrocodile". Selon une seconde modalité du mode d'imbrication, les fibres de monture sont, selon l'invention, tissées pour former un support de type canevas Sur tout ou partie d'une même face du support, les fibres de brosse sont imbriquées de façon à avoir une implantation de fibres de brosse, généralement de longueur constante, perpendiculaire au support. Pour mettre en oeuvre cette modalité de l'invention, on utilise la technique de tissage dite "à 3 fils" : les fils de chaîne et de trame sont des fils de monture formant le support. Le troisième est le fil de brosse formant les poils. On peut aussi mettre en oeuvre l'invention par la technique dite de "tuftage" qui consiste à piquer un fil, ici la fibre de brousse, à travers un support, ici obtenu à partir de fibre de monture, qui peut être tissé ou non tissé. Ces deux techniques permettent d'obtenir des nappes de brosses que l'on peut enrouler, que l'on peut découper en bobineaux ou en bandelettes. Comme dans le cas de la première modalité, la face du support qui n'est pas recouverte de poils peut être soumise, pour les mêmes raisons que précédemment aux mêmes traitements (seuls ou combinés) déjà décrits de métallisation, de dépôts divers ou de dépôts avec une fonction de fixation à un support. Ces traitements.peuvent être réalisés en continu, en ligne et enchaînés avec la phase d'imbrication ce qui rend ce procédé particulièrement performant. Selon une troisième modalité de l'invention, la phase d'imbrication est mise en oeuvre par tissage avec fibres de brosse et fibres de monture, suivi de la découpe de pièces de tissu aux dimensions souhaitées pour la brosse de façon à avoir les fibres de monture dans le sens de la longueur de la brosse, qui est généralement celui de la monture, découpe suivie d'un effrangeage sur la longueur d'un bord sur la longueur souhaitée, qui fait ainsi apparaître une nappe de poils de longueur souhaitée (voir fig.3). La partie non effrangée, qui sert de monture peut être soumise aux mêmes traitements (seuls ou combinés) que précédemment, qu'il s'agisse de métallisation, de dépôts divers ou de dépôts avec une fonction de fixation sur un support. Ces traitements peuvent être appliqués sur le tissu avant ou après découpe du tissu et effrangeage. Ces diverses techniques d'imbrication selon l'invention permettent d'obtenir des brosses d'une grande variété de dimensions, d'une grande variété de compositions, par exemple il est facile d'obtenir des brosses composites ayant localement des poils différenciés par leur nature chimique. L'invention ne se limite pas aux brosses "planes" bidimensionnelles telles que schématisées sur les figures 1 à 3, elle englobe aussi les brosses "cylindriques" obtenues après découpage d'un tissu en forme de tube ou de "chaussette". Ces brosses cylindriques sous forme de bandeau sont prêtes à être emmanchées sur divers orifices. Les fibres de brosse selon l'invention sont des fibres ou fils conducteurs de l'électricité. Elles peuvent être choisies parmi les fils ou fibres de carbone, de graphite, de métaux ou alliages métalliques, les fils ou fibres naturels métallisés, les fils ou fibres artificiels métallisés, les fils ou fibres synthétiques métallisés. Comme cela est connu, les fibres ou fils peuvent se présenter parfois sous forme de mèche comportant un grand nombre de filaments de petit diamètre. Ainsi, par exemple, les fibres de carbone se présentent sous forme de mèches pouvant grouper de 500 à plus de 50 000 filaments, chaque fibre ayant un diamètre compris entre 3 et 15 pm et généralement voisin de 8 pm.L'homme de l'art peut choisir un type de fil ou fibre adapté au procédé selon l'invention en examinant l'aptitude au tissage et au "tuftage" des fibres ou fils selon le nombre de filaments de la fibre ou du fil et le diamètre des filaments. Il est possible également de tisser ou de "tufier" des fils ou fibres obtenus par association de deux ou plusieurs fils ou fibres différents. Selon l'invention, les fibres de monture peuvent- être conductrices et elles sont choisies parmi les fils et fibres retenus comme fibres de brosse; elles peuvent être non conductrices et ce sont dans ce cas les fils et fibres naturels tels que le coton, des fils et fibres artificiels tels que la rayonne, la viscose, des fils et fibres synthétiques tels que les fils et fibres à base de polyamide, polyester, polyacrylique, polyéthylène, polypropylène. Ces f ils et fibres peuvent être choisis de façon à conférer à la monture un caractère élastique avec effet de ressort qui pourra être mis à profit lors de l'utilisation par exemple pour emmancher sur un orifice une brosse sous forme de bandeau circulaire. Le procédé selon l'invention permet de réaliser, grâce à la souplesse des techniques utilisées de tissage ou de "tuftage" une très grande variété de brosses qu'il s'agisse de variété d'ordre géométrique, d'ordre chimique (nature des fibres) ou de variété résultant de la combinaison d'éléments d'ordre géométrique et/ou chimique, par simple réglage d'une même unité de production, et cela avec une grande productivité puisqu'il est possible de mettre en oeuvre l'invention avec de grandes laizes de tissu ou supports et à vitesse élevée. Un autre avantage de l'invention réside dans le fait que le poil est toujours imbriqué mécaniquement à la monture de sorte qu'il ne puisse pas s'échapper, ce qui serait un défaut grave, car des fibres conductrices qui se détachent des brosses peuvent se redéposer sur des appareillages électroniques et provoquer des courts-circuits. Les brosses obtenues selon l'invention permettent, par leur légèreté et leur souplesse, de répondre à des besoins mal satisfaits à ce jour. Ceci n'exclut pas pour autant l'emploi de ces brosses chaque fois qu'une brosse rigide est nécessaire puisque la monture de la brosse peut être fixée sur tout support rigide de dimension quelconque et éventuellement de dimension de la monture. L'invention permet surtout un grand progrès économique parce que utilisant un procédé par essence continu qui fonctionne à grande cadence et avec de grandes laizes, alors que le procédé selon l'art antérieur utilise deux matériaux nettement différents : le matériau servant de poil à base de fibres conductrices et le matériau servant de monture (métal ou plasti que), ce qui implique d'investir dans des techniques propres à la mise en oeuvre de chaque matériau et à leur assemblage de manière spécifique, ce qui est coûteux en investissement et en exploitation. Les brosses obtenues selon l'invention sont utilisables, en plus de l'élimina- tion de l'électricité statique, pour la détection des trous ainsi que la dérivation des courants électriques parasites. Les exemples qui suivent illustrent l'invention de façon non limitative. Exemple 1 Dans un tissu de carbone de masse surfacique 300 g/cm2, d'épaisseur 0,3mm et de largeur 300mm, on découpe un morceau de 24mm de hauteur. Sur cette hauteur, on effrange 12mm, conformément à la fig.3. On obtient une brosse toute en carbone de 300mm de longueur et dont la hauteur des fibres rendues libres est de 12mm (partie active) et dont la hauteur de monture est également de 12mm. On obtient la même brosse par tissage (selon figure 1) de fibres de carbone avec une laize de 300mm et en ayant en alternance tous les 12mm, des zones avec puis sans fils de trame, puis découpage en bandelette de 300x24mm. La monture de cette brosse est extrêmement souple : elle a la souplesse du tissu. En variante, la monture peut être cuivrée. Exemple 2 Dans un tissu ou treillis métallique, -constitué de fils d'aluminium de 15 pm de diamètre, et ayant une largeur de 600mm, on découpe un morceau de 75mm de hauteur. Sur cette hauteur, on effrange 30mm, conformément à la fig.3. On obtient une brosse toute en aluminium de 600mm de longueur et dont la hauteur des fils rendus libres est de 30mm (partie active) et dont la hauteur de monture est de 45mm. Comme dans l'exemple précédent, on obtient aussi la même brosse par tissage. Les dimensions données dans ces exemples sont strictement indicatives. Ainsi, selon l'invention, il est très facile de réaliser des brosses en fibres de carbone de dimensions extrêmement variables à partir de tissus de carbone car ceux-ci peuvent être réalisés en - différentes masses surfaciques, par exemple de 10 à 1000 g/cm2 - différentes épaisseurs, par exemple de 0,10 à lmm - différentes largeurs, par exemple de quelques mm à quelques mètres par des dizaines de mètres de long par exemple. Les brosses peuvent donc avoir des longueurs allant de quelques mm à quelques mètres. I1 en est de même avec les treillis ou tissus métalliques. En particulier, le diamètre des fils peut varier, par exemple de 1 à 50 rm. De plus, selon l'invention, on peut partir de tissus ou treillis mixtes : - fibres ou fils conducteurs de natures différentes - fibres ou fils conducteurs et fibres- ou fils non conducteurs. On peut également selon l'invention associer plusieurs tissus ou treillis semblables ou non préalablement effrangés. REVENDICATIONS 1. Brosse dont les poils sont constitués de fibres ou fils conducteurs de l'électricité, caractérisée en ce que sa monture, conductrice de l'électricité est constituée par l'imbrication desdites fibres ou fils conducteurs, sur une partie de leurs longueurs, avec d'autres fibres ou fils eux-mêmes conducteurs ou non. 2. Brosse selon la revendication 1 dans laquelle ladite monture forme un ruban de dimensions, et en particulier de longueur, quelconques dans le plan duquel et en bordure duquel émergent en nappe lesdits poils. 3. Brosse selon la revendication 1 dans laquelle ladite monture forme un ruban de dimensions, et en particulier de longueur, quelconques sur une face duquel émergent perpendiculairement à cette face, lesdits poils. 4. Brosse selon une quelconque des revendications 2 ou 3 dans laquelle la monture a reçu un ou plusieurs des traitements suivants : métallisation, dépôt d'une couche de colle, élastomère, adhésif , hot-melt, encre, peinture ou résine éventuellement conducteurs de l'électricité, fixation d'une partie de bande du type de celle connue sous le nom de la marque déposée Velcro 5. Brosse selon la revendication 4 dans laquelle l'adhésif est recouvert d'une bande, telle qu'une bande de papier, de même dimension que ladite monture, qui peut être enlevée au moment de l'emploi de façon à avoir une monture adhésive sur supports conducteurs métalliques ou non. 6. Brosse selon la revendication 4 dans laquelle les fibres ou fils conducteurs sont choisis parmi les fils ou fibres de carbone ou de graphite, parmi les fils ou fibres de métal ou alliage métallique et parmi les fils ou fibres naturels, artificiels ou synthétiques métallisés. 7. Brosse selon la revendication 4 dans laquelle lesdits autres fibres ou fils eux-mêmes conducteurs ou non sont choisis parmi les fils et fibres conducteurs, parmi les fils et fibres naturels, artificiels, synthétiques, éventuellement traités pour conférer à la monture un caractère élastique. 8. Brosse selon les revendications 6 et 7 dans laquelle ladite imbrication est obtenue par tissage ou "tuftage", desdites fibres ou fils conducteurs avec lesdites autres fibres ou fils conducteurs ou non. 9. Procédé de fabrication de brosse selon la revendication 2 et une quelconque des revendications 4 à 8 dans lequel ladite imbrication des dites fibres ou fils conducteurs avec lesdites autres fibres ou fils eux-mêmes conducteurs ou non, est obtenue par tissage de façon à avoir dans le tissu soit des zones sans fils de chatne lorsque lesdites fibres ou fils conducteurs sont en position de fils de trame, soit des zones sans fils de trame lorsque lesdites fibres ou fils conducteurs sont en position de fils de channe. 10. Procédé de fabrication de brosses selon la revendication 3 et une quelconque des revendications 4 à 8 dans lequel ladite imbrication des poils dans le ruban se fait par une technique de fixation de fibres ou fils à un support qui sert de monture, choisie parmi la technique de tissage à 3 fils ou de "tuftage',. 11. Procédé de fabrication de brosse selon l'une quelconque des revendications 9 et 10 dans lequel ladite imbrication est suivie de traitements de la monture qui peuvent être, seuls ou combinés, la métallisation, le dépôt d'une couche de colle, élastomère, adhésif, hot-melt, encre, peinture ou résine, éventuellement conducteurs de ltélectricité, le dépôt d'un adhésif recouvert d'une bande arrachable au moment de l'implantation de la brosse ou la fixation d'une partie de bande du type de celle connue sous le nom de la marque déposée Velcro &commat; . 12. Utilisation des brosses selon les revendications 1 à 11 pour l'élimina- tion de l'électricité statique, la détection des trous et la dérivation de courants électriques parasites.