Brevet FR2674261A1 — publié le 19920925

PROCEDE ET DISPOSITIF DE FABRICATION D'UN FIL COMPOSITE La présente invention concerne un procédé et un dis- positif de fabrication d'un fil composite forme par l'as- sociation d'une multiplicité de filaments continus de verre et de filaments continus de matière organique thermoplas- tique. Plus précisément l'invention concerne un procédé, et son dispositif de mise en oeuvre, selon lequel on étire des filaments continus de verre et de matière organique ther- moplastique à partir de ces deux matières à l'état fondu et on rassemble ces différents filaments pour former un fil composite. Il est déjà connu, notamment par la demande de brevet EP-A-0 367 661, de fabriquer un fil composite selon ce principe Ce document décrit des installations comprenant une filière, à partir de laquelle sont étirés des filaments continus de verre, et une tête de filage, alimentée sous pression par une matière organique thermoplastique, déli- vrant des filaments continus organiques Ces différents filaments, sous forme de nappes, ou de nappes et de fil, sont assemblés de différentes manières pour former un fil composite. Ce document préconise un mode de réalisation avanta- geux qui consiste à entourer les filaments (ou le fil) de verre par les filaments organiques au moment de leur ré- union Le fil composite ainsi réalisé présente l'avantage d'éviter, ou tout au moins de limiter, le frottement des 2 - filaments de verre sur les surfaces solides avec lesquelles il vient en contact. D'après ce document, ce mode de réalisation nécessite la mise en oeuvre d'une tête de filage annulaire pourvue d'une ouverture centrale à travers laquelle passent les filaments ou le fil de verre Il ressort de la description de ce document que ce type de fil composite ne peut être obtenu que grâce à une installation particulière. La présente invention a donc pour objet un procédé de 1 ofabrication d'un fil composite, formé d'un ou plusieurs fils de verre environnés de filaments organiques, qui est indépendant de la configuration de la tête de filage uti- lisée pour obtenir les filaments organiques. La présente invention a notamment pour objet un pro- cédé permettant de fabriquer un tel fil composite, en mettant en oeuvre des têtes de filage habituellement uti- lisées dans le domaine de l'industrie des fibres synthéti- ques. Ces buts sont atteints grâce à un procédé selon lequel on étire des filaments continus de verre et de matière or- ganique thermoplastique à partir de ces deux matières à l'état fondu, les filaments organiques étant obtenus par étirage de matière extrudée à travers les orifices de la plaque-filière d'une ou plusieurs têtes de filage, puis on rassemble ces différents filaments pour former un fil com- posite et qui consiste à étirer une ou plusieurs nappes de filaments organiques qui convergent vers un même point et délimitent une partie ou la totalité de la périphérie d'une zone comprise entre le plan passant par la plaque-filière et le point de convergence et, les filaments de verre étant réunis en au moins un fil, à introduire latéralement le fil de verre dans ladite zone par un passage séparant deux nappes ou par un passage ouvert au sein d'une nappe, ledit fil étant ensuite associé aux filaments organiques au point de convergence. Le trajet des filaments organiques peut être dévié par un dispositif de guidage placé entre la plaque-filière de la tête ou des têtes de filage et le point de convergence. La forme de la zone délimitée par les filaments organiques -3 - dépendra de la forme de la plaque-filière et/ou du nombre de têtes de filage associées ainsi que de la forme du dis- positif de guidage. Dans l'un des modes de réalisation les plus simples, qui ne comporte pas de dispositif de guidage, les filaments sont étirés en une ou plusieurs nappes qui délimitent une partie ou la totalité de la périphérie d'une zone de forme conique ou pyramidale. Ainsi les filaments organiques peuvent être étirés à partir de plusieurs séries d'orifices alignés et former plusieurs nappes qui délimitent une zone de forme pyrami- dale Cette zone peut être ouverte sur l'une de ses faces par laquelle le fil de verre sera introduit Ces nappes peuvent être issues, par exemple, de plusieurs plaques- filière de forme rectangulaire. Les filaments organiques peuvent être également étirés à partir d'une multiplicité d'orifices répartis sur une série d'anneaux concentriques ou sur une ou plusieurs portions d'anneaux concentriques appartenant à une ou plu- sieurs têtes de filage Les filaments organiques sont alors étirés en une ou plusieurs nappes qui délimitent une zone de forme conique. Cette zone peut comprendre un secteur ouvert entre deux nappes issues de deux portions de plaques-filière an- nulaires, ou dans une nappe issue d'une plaque-filière an- nulaire dénuée d'orifices sur une partie de sa surface Le fil de verre sera introduit par ce secteur dans la zone conique. Lorsque la périphérie de la zone est complètement dé- limitée par les filaments organiques, par exemple lorsque la tête de filage comprend une plaque-filière annulaire perforée d'orifices sur toute sa surface, le trajet de plusieurs desdits filaments est dévié de manière à per- mettre le passage du fil de verre à travers la nappe de filaments organiques. La présente invention sera mieux appréciée grâce à la description détaillée ci-après, illustrée par les figures suivantes: la figure 1 est une vue schématique de l'ensemble -4- d'une installation qui permet de mettre en oeuvre l'inven- tion, la figure 2 est une vue schématique qui représente une partie de l'installation illustrée à la figure 1, la figure 3 est une vue schématique partielle qui illustre un autre mode de réalisation de l'invention. L'invention illustrée par la figure 1 comprend une filière schématique 10, qui est normalement reliée à une source d'alimentation en verre Cette source, non repré- sentée sur la figure, peut être l'avant-corps d'un four qui distribue le verre fondu à plusieurs filières, spmblahle à la filière 10, alimentées par simple gravité La filière 10 peut être alimentée à partir de verre froid, obtenu et stocké sous forme de billes dans une trémie disposée au-dessus de la filière. La filière 10 est généralement en alliage platine- rhodium et chauffée par effet Joule Cette filière permet de refondre le verre ou de le maintenir à une température suffisante pour atteindre une viscosité convenant à son étirage sous forme de filaments continus Le verre fondu s'écoule d'une multiplicité d'orifices, tels que les tétons 11, et immédiatement étiré en une multiplicité de filaments 12, rassemblés ici en une seule nappe 13. Cette nappe 13 vient en contact avec le dispositif schématisé en 14, de manière que chaque filament 12 soit revêtu d'un apprêt ou d'un ensimage Ce dispositif 14 est le plus souvent constitué d'un bac alimenté en permanence par un bain d'apprêt ou d'un ensimage dans lequel est im- mergé la partie inférieure d'un rouleau en rotation Ce rouleau se recouvre en permanence d'une pellicule d'apprêt ou d'un ensimage prélevé au passage par les filaments 12 qui glissent à sa surface. La nappe 12 converge vers le dispositif d'assemblage ou les différents filaments sont réunis pour donner naissance au fil 16 Ce dispositif peut être constitué par une simple poulie à gorge ou d'une plaque munie d'une en- coche Le fil 16, après passage sur un organe de guidage 17 tel par exemple qu'une poulie à gorge ou une tige, est en- traîné vers l'autre partie de l'installation. - Cette partie comprend une tête de filage 18 couramment employée pour produire des filaments synthétiques par extrusion d'une matière organique thermoplastique. La tête 18, de forme cylindrique, est munie à sa base d'une plaquefilière annulaire perforée d'une multiplicité d'orifices Cette tête de filage est reliée à une extrudeuse, non représentée, qui l'alimente sous pression en polymère thermoplastique à l'état fondu La matière extrudée à travers les orifices de la tête 18 est immé- diatement étirée en une multiplicité de filaments 19. Les filaments 19 sont refroidis dès leur formation grâce à un dispositif de soufflage qui est également connu. Il comprend une source d'alimentation en fluide gazeux telle qu'une soufflante, non représentée, reliée par un conduit 20 à la base 21 du dispositif de refroidissement situé dans l'axe vertical de la tête 18 La base 21 du dispositif reçoit le fluide gazeux et le canalise vers la partie supérieure 22 du dispositif Celle-ci, de forme cy- lindrique, est délimitée extérieurement par une paroi dont la structure assure une diffusion radiale, régulière, du fluide gazeux en direction des filaments 19 Cette paroi est avantageusement constituée d'une ou plusieurs couches de tissu métallique ou d'un matériau poreux Un tel dispo- sitif de refroidissement, associé à une tête de filage, est décrit, par exemple, dans les brevets US-A-3 135 811, US- A-3 259 681 ou US-A-3 969 462 Dans le mode de réalisation représentée figure 1, les filaments 19 sont stabilisés par un dispositif de guidage 23, avant d'être rassemblés par un dispositif d'assemblage 24 similaire au dispositif 15. Le fil de verre 16 est guidé au milieu des filaments organiques 19 grâce à un organe 25, similaire à l'organe de guidage 17 Le fil 16 vient en contact avec les filaments 19 au niveau du dispositif d'assemblage 24 En aval du dispositif 24 prend naissance le fil composite 26 formé du fil de verre entouré de filaments organiques Après passage sur un organe de guidage, tel que la roulette 27, le fil 26 est bobiné sur une broche 28 mue en rotation par un moteur fixé sur un bâti, l'un et l'autre non représentés Le fil 26 est bobiné ici sous forme d'un enroulement 29 grâce à un organe de répartition 30 qui guide ledit fil par un mouve- ment de va et vient à la surface de la broche. Dans le mode de réalisation illustré, la broche 28 est l'organe qui sert de moyen d'étirage des filaments et des filaments organiques. La figure 2 représente de manière plus précise la tête de filage et les moyens mis en oeuvre pour associer les filaments organiques et le fil de verre, illustrés schéma- tiquement à la figure 1. La tête de filage 31, de forme cylindrique, est munie à sa base d'une plaque-filière 32 de forme annulaire Cette plaque comprend deux séries d'orifices répartis sur deux portions de la zone annulaire Dans chacune de ces portions les orifices sont disposés sur des arcs de cercles concen- triques. La matière extrudée par ces orifices est immédiatement étirée sous la forme de deux nappes distinctes de filaments 33, 34, stabilisées par l'anneau de guidage 35 Ces nappes sont refroidies par le dispositif de soufflage implanté au-dessous de la tête 31 dans son axe vertical Ce dispo- sitif est alimenté en air à sa base 36 par l'intermédiaire du conduit 37 avant d'être diffusé radialement à travers la paroi extérieure de la colonne cylindrique 38 Les nappes 33, 34 sont ensuite rassemblées en un seul fil par la rou- lette 39. Les nappes 33 et 34 délimitent une partie de la péri- phérie d'une zone comprise entre la base de la tête 31 et la roulette 39 Dans le mode de réalisation illustré par la figure 2, cette zone est cylindrique entre la tête 31 et l'anneau 35, puis conique entre ledit anneau et la roulette 39 Cette zone est ouverte sur toute sa hauteur en deux endroits différents, notamment au niveau du secteur 40 ou- vert dans la partie conique de ladite zone. Le fil de verre 41, entraîné selon une direction ap- proximativement perpendiculaire à l'axe vertical de la tête de filage 31, passe sur la poulie 42 puis sur la roulette 39 o il entre en contact avec les filaments des nappes 33 et 34. La poulie 42 est disposée plus ou moins profondément à -7 - l'intérieur de la zone conique Ainsi, le trajet suivi par le fil de verre entre la poulie 42 et la roulette 39 peut- il aller du trajet qui coïncide avec l'axe vertical de la tête de filage 31 au trajet situé à la périphérie de la zone délimitée par les filaments organiques en cours d'étirage Le fil de verre 41 peut ainsi être immédiatement environné de filaments organiques dès son association avec eux au niveau de la roulette 39 Le fil composite 43 peut être ensuite bobiné à l'aide d'une broche comme décrit précédemment. Il est évidemment possible de réaliser l'introduction dans la zone conique d'un deuxième fil de verre, issu d'une seconde filière, en le guidant par une autre poulie dis- posée, par exemple, au-dessus de la poulie 42 L'introduc- tion de ce fil de verre peut être réalisée soit par le même secteur 40, soit par le secteur qui lui est opposé. Une variante de ce mode de réalisation consiste à utiliser une tête de filage munie d'une plaque-filière an- nulaire perforée sur toute sa surface à l'exception d'un secteur de ladite plaque La nappe de filaments organiques est ouverte en un seul endroit, à l'aplomb dudit secteur. La figure 3 montre une tête de filage à laquelle sont associés d'autres moyens que ceux décrits précédemment et qui permettent également de mettre en oeuvre l'invention. Comme à la figure 2, l'installation représentée com- prend une tête de filage 44, de forme cylindrique, équipée à sa base d'une plaque-filière de forme annulaire perforée d'une multiplicité d'orifices sur la totalité de sa sur- face. La matière organique extrudée par ces orifices est immédiatement étirée sous la forme d'une nappe 45 qui con- verge vers une roulette 46 o l'ensemble des filaments 47 sont rassemblés. Un dispositif de refroidissement, symbolisé par le cylindre 48 figuré en pointillé, est implanté à la base de la tête de filage 44 Ce dispositif est formé pour l'es- sentiel d'une chambre cylindrique, alimentée par un fluide gazeux refroidi tel que de l'air La paroi interne de la- dite chambre présente, au niveau de la zone de formation -8- des filaments 47, une multiplicité d'orifices d'o l'air diffuse radialement Cette paroi est avantageusement cons- tituée d'une ou plusieurs couches de tissu métallique ou d'un matériau poreux. Un dispositif de refroidissement de ce type est décrit notamment par le brevet US-A-3 299 469. D'autres dispositifs qui permettent de souffler de l'air de l'extérieur vers la zone de formation des fila- ments organiques sont évidemment utilisables. Dans le mode de réalisation illustré par la figure 3, la nappe 45 délimite la totalité de la périphérie d'une zone conique comprise entre la plaque-filière de la tête 44 et la roulette 46. Une barre 49, fixée par l'une de ses extrémités à la base de la tête de filage 44 dans son axe vertical, est munie à son extrémité libre de deux tiges 50 dirigées vers la nappe 45 Ces tiges permettent de dévier le trajet par- couru par un certain nombre de filaments 47 Ceci permet d'ouvrir une fenêtre 51 au sein de la nappe 45 Le fil de verre 52, entraîné selon une direction approximativement perpendiculaire à l'axe vertical de la tête de filage 44, est introduit par la fenêtre 51 dans la zone conique déli- mitée extérieurement par la nappe 45, en passant sur une poulie 53. Comme dans le mode de réalisation illustré à la figure 2, le fil 54 entre en contact avec les filaments 47 au ni- veau de la roulette 46, en aval de laquelle prend naissance le fil composite 54 Comme dans l'exemple précédent, le fil de verre 52 peut suivre un trajet qui peut aller de la pé- riphérie de la zone délimitée par les filaments organiques 47 à l'axe vertical de la tête 44, selon la position fixée à la poulie 53. Les modes de réalisation décrits précédemment ne sont pas limitatifs de l'invention L'homme de métier pourra, en particulier, associer plusieurs fils de verre issus d'une ou de plusieurs filières et plusieurs nappes de filaments organiques issues de plusieurs têtes de filage, sans sortir du cadre de l'invention. -9 _ R Iv JNDICATIONS 1 Procédé de fabrication d'un fil composite, selon lequel on étire des filaments continus de verre et des fi- laments continus d'une matière organique thermoplastique à partir de ces deux matières à l'état fondu, puis on ras- semble ces différents filaments pour former ledit fil com- posite, caractérisé en ce que les filaments organiques sont étirés en une ou plusieurs nappes qui convergent vers un même point et délimitent une partie ou la totalité de la périphérie d'une zone comprise entre le plan passant par la plaque-filière et le point de convergence et en ce que les filaments de verre étant réunis en au moins un fil, ce dernier est introduit latéralement dans ladite zone par un passage séparant deux nappes ou ouvert au sein d'une nappe, ledit fil étant ensuite associé aux filaments organiques à leur point de convergence. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les filaments organiques sont étirés en une ou plu- sieurs nappes qui délimitent une partie ou la totalité de la périphérie d'une zone de forme conique ou pyramidale. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les filaments organiques sont étirés en plusieurs nappes, formées de filaments issus d'orifices alimentés, et délimitent une zone de forme pyramidale ouverture sur au moins une de ses faces, et en ce que le fil de verre est introduit dans ladite zone par sa face ouverte. 4 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les filaments sont étirés en une ou plusieurs nappes qui délimitent une zone de forme conique ouverte sur au moins un secteur, et en ce que le fil de verre est intro- duit dans ladite zone par ledit secteur. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on dévie le trajet de plusieurs filaments organiques de manière à ouvrir un passage au sein d'une nappe desdits filaments, et en ce qu'on introduit le fil de verre, par ledit passage dans la zone délimitée, par les filaments organiques. 6 Dispositif de mise en oeuvre du procédé de fabri- cation d'un fil composite, constitué de filaments continus - de verre et de matière organique thermoplastique, défini par l'une des revendications précédentes, qui comprend d'une part au moins une filière ( 10) alimentée en verre par simple gravité, chauffée par effet Joule, dont la face in- 5 férieure est munie d'une multiplicité d'orifices ( 11), au moins un dispositif d'enduction ( 14) des filaments de verre ( 12) et au moins un dispositif d'assemblage ( 15) desdits filaments en au moins un fil ( 16, 41, 52); d'autre part, au moins une tête de filage ( 18, 31, 44) alimentée en ma-10 tière organique thermoplastique fondue sous pression, as- sociée à un dispositif de soufflage ( 22, 38, 48), le dis- positif de mise en oeuvre du procédé comprenant également un organe de guidage ( 25, 42, 53) du ou des fils de verre ( 16, 41, 52) au sein des filaments organiques ( 19, 47), un dispositif d'assemblage commun ( 24, 39, 46) aux filaments organiques et au(x) fil(s) de verre, ainsi qu'un dispositif commun d'entraînement ( 28) des filaments organiques et du ou des fils de verre. 7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend une tête de filage cylindrique ( 18, 31, 44) munie à sa base d'une plaque-filière annulaire ( 32) perforée d'une multiplicité d'orifices sur une partie de sa surface, lesdits orifices étant répartis en un ou plusieurs groupes, un dispositif de soufflage ( 22, 38) implanté25 au-dessous de la tête de filage ( 18, 31, 44) dans son axe vertical, l'organe de guidage ( 25, 42) du ou desdits fils de verre étant une poulie disposée à l'aplomb du secteur dénué d'orifices de la tête de filage. 8 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend une tête de filage cylindrique ( 44) munie à sa base d'une plaque filière annulaire perforée d'une multiplicité d'orifices sur la totalité de sa surface, un dispositif de soufflage cylindrique ( 48) implanté verti- calement à la périphérie de la tête de filage et de la zone35 de formation des filaments organiques, un dispositif de déviation ( 49, 50) des filaments organiques ( 47), l'organe de guidage ( 53) du ou des fils de verre ( 52) étant une poulie disposée à l'aplomb du dispositif de déviation.