Brevet FR2695411A1 — publié le 19940311

L'invention se rapporte à un procédé de fabrication d'une plaque électriquement conductrice, pourvue d'un dispositif de protection, laquelle plaque trouve notamment application comme cathode pour l'affinage des métaux. Elle se rapporte également aux moyens en vue de la mise en oeuvre de ce procédé et à la plaque conductrice ainsi obtenue. Pour l'affinage des métaux, tel la production de zinc, il est connu d'utiliser un procédé d'électrolyse. A cet effet, dans une cellule électrolytique contenant le matériau sous forme de solution ionique, on plonge au moins une plaque conductrice qui est polarisée et sur laquelle plaque, se forme un dépôt obtenu par migration de certains ions sur la plaque. Classiquement, une plaque conductrice comporte à sa partie supérieure des moyens pour la suspendre dans le bain électrolytique, des moyens pour en permettre la manipulation et des moyens de connexion électrique à une ligne de courant. Aprés un temps d'électrolyse déterminé, la plaque est recouverte sur ses deux faces d'une couche de matériau électrolysé. La récupération des couches de matériau se fait par décollement de ces couches. Pour faciliter ce décollement, le dispositif de protection de la plaque comprend au moins l'un des éléments de protection que sont, d'une part, un élément de protection, ci-aprés appelé liteau constitué d'une matière électriquement isolante, éventuellement scindé en plusieurs tronçons garnissant au moins les chants latéraux de la plaque et qui empêche le dépôt de matériau sur les chants et, de ce fait, la liaison par un pont de matériau des couches de matériau déposées sur les deux faces et, d'autre part, au moins un autre élément de protection ciaprés appelé insert constitué d'une matière isolante, logé dans l'épaisseur de la plaque, dans une zone prédéterminée de cette plaque qui généralement se situe en partie supérieure de cette plaque et sera partiellement recouverte par la couche de matériau pour permettre d'y amorcer le décollement de ladite couche de matériau à l'aide d'un outil généralement cunéïforme. Précisément, ce second élément de protection dit insert facilite l'insertion de l'outil derrière la couche de matériau et évite que le dit outil abime ou raye la plaque conductrice qui serait alors inutilisable. Les problèmes principaux dans la confection de ces plaques conductrices se situent au niveau des qualités de la liaison entre chaque élément de protection et la plaque conductrice. Cette liaison doit, d'une part, être étanche pour éviter que se forment, entre la plaque et l'élément de protection, des dépôts de matériau et, d'autre part, être suffisamment résistante mécaniquement pour garantir une bonne tenue aux chocs notamment lors de l'amorce de décollement. Ces problèmes de qualité de la liaison sont communs aux deux types d'éléments de protection c'est à dire aux liteaux et à l'insert mais à des niveaux différents car ces deux types d'éléments de protection ne subissent pas les mêmes contraintes. On notera également que, pour les mêmes raisons, il est préférable d'utiliser des matériaux différents pour la fabrication de l'insert et des liteaux. Dans l'art antérieur, pour assurer cette liaison, il est connu de fixer les liteaux à l'aide de colle mais, si l'étanchéité est relativement bonne, la résistance mécanique est excessivement faible. Selon un autre procédé connu, on perce la plaque conductrice d'une pluralité de trous et on fixe les liteaux à l'aide de rivets en matière synthétique. Malheureusement, si la liaison est mécaniquement bonne, l'étanchéité est mauvaise. On connait également (US-A-4.207.147) un procédé de fabrication d'une plaque conductrice qui, pour la fixation de chaque liteau, comprend les étapes suivantes - au long des chants de la plaque qui sont à garnir, perçage d'une pluralité de trous débouchant sur les deux faces de la plaque, - pose d'un liteau préformé en forme de U de manière à coiffer le chant de la plaque puis, - en concommitance, chauffage du liteau et pression de part et d'autre des branches du U du liteau de manière à, d'une part, ramollir la matière constituant le liteau et, d'autre part, la faire fluer dans les trous pour, aprés refroidissement, former ainsi un ancrage assurant la liaison mécanique. Si ce type de procédé permet d'obtenir de bons résultats, il s'avère coûteux. Des plaques conductrices présentant des ancrages sont également connues des documents DE-A-3219300 et US-A-4357225 mais le mode de réalisation ne tient pas compte des spécificités particulières de l'insert ou du liteau car précisément le liteau et l'insert sont d'une seule pièce (US-A4357225). Si le dispositif de protection de la plaque comprend à la fois les deux types d'éléments de protection, indépendamment des opérations de fixation du liteau, il faut réaliser les opérations de fixation de l'insert par un procédé distinct. Ainsi, classiquement, pour réaliser une plaque conductrice pourvue d'un dispositif de protection constitué d'au moins un élément de protection, quelqu'en soit le type - on détermine pour chaque élément de protection une zone qui, lorsque l'élément correspondant sera fixé sur la plaque, sera recouverte du dit élément de protection, - dans chacune des zones ainsi déterminées, on perce au moins un orifice traversant la plaque conductrice et, ensuite, - on fixe chaque élément de protection sur la plaque conductrice de manière que les deux parties jouxtant chacune l'une des deux faces de la plaque soient reliées entre elles par des ponts de matière passant au travers des trous précités. Un des résultats que l'invention vise à obtenir est un procédé de fabrication d'une plaque conductrice du type précité qui remèdie notamment aux problèmes évoqués ci-dessus. A cet effet, elle a pour objet un tel procédé notamment caractérisé en ce que - pour une plaque conductrice de dimensions et de forme déterminées, on constitue deux demi-moules principaux comportant chacun au moins indirectement des moyens de positionnement de la plaque ainsi qu'au moins en un emplacement prédéterminé pour correspondre sur la plaque aux zones qui seront recouvertes par l'élément de protection au moins une demi-coquille de moulage et, - on surmoule le dit élément de protection sur la plaque, ce pourquoi on écarte les deux demi-moules, on positionne entre les demi-moules la plaque conductrice, on ferme les demi-moules et on injecte dans chaque demi-coquille d'un seul demimoule un matériau thermoplastique spécifique à l'élément de protection correspondant en contrôlant pour chaque point d'injection au moins la vitesse d'injection, la pression et la température du matériau injecté, on refroidit au moins partiellement le matériau thermoplastique, on écarte ensuite les demi-moules et, . on retire la plaque. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description ci-aprés faite à titre d'exemple non limitatif en regard du dessin ci-annexé qui représente schématiquement - figure 1 : une vue de face d'une plaque conductrice, - figure 2 : une coupe selon II-II de la figure 1, - figure 3 : une coupe selon III-III de la figure 1, - figure 4 : une vue simplifiée des moyens en vue de la mise en oeuvre du procédé, - figure 5 : une vue d'un détail de la plaque non terminée. En se reportant au dessin, on voit que la plaque conductrice 1, utilisée pour l'affinage d'un matériau tel le zinc, a, classiquement, la forme d'un parallélépipède rectangle et présente dans sa partie supérieure des moyens 2 pour sa suspension dans une cellule électrolytique, sa manipulation et sa connexion électrique afin de la polariser. Cette plaque conductrice est pourvue d'un dispositif de protection. Ce dispositif de protection est constitué d'au moins un des éléments de protection (4, 5) que sont d'une part, un élément de protection (4), ci-aprés appelé liteau constitué d'une matière électriquement isolante, éventuellement scindé en plusieurs tronçons garnissant au moins les chants latéraux de la plaque et qui empêche le dépôt de matériau sur les chants et, de ce fait, la liaison par un pont ae matériau des couches de matériau déposées sur les deux faces et, d'autre part, au moins un autre élément de protection (5) ci-aprés appelé insert constitué d'une matière isolante, logé dans l'épaisseur de la plaque, dans une zone prédéterminée de cette plaque qui généralement se situe en partie supérieure de cette plaque et sera partiellement recouverte par la couche de matériau pour permettre d'y amorcer le décollement de ladite couche de matériau à l'aide d'un outil généralement cunéïforme. L'insert est logé dans la plaque de sorte que les faces 6 apparentes de cet insert soient coplanaires aux deux faces 7 de la plaque. Classiquement, pour sa réalisation - on détermine pour chaque élément de protection une zone 8, 9, 10 qui, lorque l'élément de protection correspondant est fixé sur la plaque, sera recouverte du dit élément de protection, lesquelles zones sont appelées latérales 8, 9 pour les liteaux et supérieure 10 pour l'insert, - dans chacune des zones ainsi déterminées, on perce au moins un trou traversant la plaque conductrice et, - on fixe chaque élément 4, 5 de protection sur la plaque 1 conductrice de manière que les parties de l'élément de protection jouxtant les faces de la plaque soient reliées entre elles par des organes 4a, 5a s'insérant dans les trous précités. De préférence, la matière constituant le liteau est différente de celle utilisée pour l'insert mais, dans tous les cas, la matière utilisée pour la fabrication des éléments de protection est isolante électriquement et résistante chimiquement à la solution ionique. Par exemple, pour l'affinage du zinc, la plaque conductrice est en aluminium mais sa composition peut être différente notamment dans le cas d'un tout autre type de production de métal par dépôt électrolytique. Selon l'invention - pour une plaque conductrice de dimensions et de forme déterminées, on constitue deux demi-moules 11, 12 principaux comportant chacun au moins indirectement des moyens de positionnement de la plaque ainsi qu'au moins en un emplacement prédéterminé pour correspondre sur la plaque aux zones qui seront recouvertes par l'élément de protection au moins une demi-coquille 13, 14 de moulage et, - on surmoule le dit élément de protection sur la plaque, ce pourquoi on écarte les deux demi-moules 11, 12, on positionne entre les demi-moules la plaque 1 conductrice, . on ferme les demi-moules et on injecte dans chaque demi-coquille d'un seul demimoule un matériau thermoplastique spécifique à l'élément de protection correspondant en contrôlant pour chaque point d'injection au moins la vitesse d'injection, la pression et la température du matériau injecté, on refroidit au moins partiellement le matériau thermoplastique, . on écarte ensuite les demi-moules et, . on retire la plaque. Selon l'invention, on réalise donc l'insert et/ou les liteaux par la technique du moulage par injection. Dans le cas de l'insert, sur chacune des faces de la plaque, sur toute la section occupée par l'insert et sur une profondeur déterminée de manière à préserver une âme suffisamment épaisse pour assurer une résistance suffisante aux sollicitations d'un outil cunéïforme, on réalise un lamage et on perce la dite âme d'une pluralité de trous traversant 17a, 17b dont les tailles et la disposition dans l'espace sont déterminées de manière à tendre vers une répartition égale de la matière sur toute la surface de l'insert et à assurer une parfaite solidarité avec la plaque. Avantageusement, on adapte la pression de fermeture pour chaque groupe de demi-coquilles. On injecte à faible vitesse et sous une faible pression la matière destinée à la réalisation de l'insert pour éviter, d'une part, la déformation de l'âme et, d'autre part, l'apparition de toilage en périphérie. Egalement, on injecte la matière destinée à l'insert au centre de la demi-coquille correspondante et, afin de tendre vers une répartition égale de la matière sur toute la surface de l'insert, on répartit les trous forés dans l'âme selon une taille allant décroissante vers l'extérieur. Pour cette répartition, de préférence, on réalise dans l'âme un trou central 17a et autour de celui-ci, répartie sur au moins un cercle une série de trous périphériques 17b de diamètres plus faibles que le trou central 17a. Avantageusement, on chanfreine les bords du lamage dans lequel se loge l'insert. Avantageusement, lorsque la plaque comprend des éléments de protection des deux types précités, on réalise en une seule opération, la fabrication et la fixation à la fois des liteaux et de l'insert et ce, quelle que soit la spécificité de la matière isolante utilisée pour les éléments de protection de chaque type. Les moyens en vue de la mise en oeuvre du procédé comprennent: - deux demi-moules 11, 12, chacun comportant des moyens de positionnement de la plaque et autant de demi-coquilles 13, 14 que d'éléments 4, 5 de protection à réaliser, - des moyens 19 de contrôle de la pression de fermeture de chaque groupe de demi-coquilles. Dans le cas de plaques pourvues d'éléments de protection de deux types différents, les moyens comprennent en outre au moins deux groupes 20 d'injection indépendants avec leurs moyens de contrôle de la vitesse, la pression et la température d'injection. Avantageusement, chaque buse d'injection de chaque groupe d'injection est relié à chaque point d'injection des demicoquilles par un canal 21 chaud thermorégulé. Avantageusement, au moins les demi-coquilles pour le surmoulage des liteaux présentent une lèvre 30 qui s'étend légèrement à l'extérieur du volume qui sera rempli par la matière du moulage, lesquelles lèvres sous l'effet de la pression de fermeture pénètrent légèrement dans la plaque conductrice et évitent ainsi, d'une part, de devoir rectifier la plaque avant moulage et, d'autre part, le toilage de la matière. La plaque conductrice ainsi obtenue est remarquable en ce que les éléments de protection sont surmoulés sur la plaque qui, dans les zones recouvertes, présente des trous d'ancrage du matériau. Dans le cas de l'insert, elle est en outre caractérisée en ce qu'elle est pourvue dans une zone prédéterminée de deux lamages 15 logeant chacun une fraction de l'insert et dont la profondeur préserve une âme 16 dont l'épaisseur est suffisante pour assurer une rigidité mécanique aux sollicitations mécaniques qu'exerce habituellement un outil cunéïforme. Selon l'invention, au niveau de l'insert, l'âme est traversée d'un trou central 17a et comporte une pluralité d'autres trous 17b qui, répartis sur toute la section, sont de taille décroissante en allant vers l'extérieur. Selon l'invention, les bords du lamage logeant l'insert présente un chanfrein 24. Avantageusement, ce chanfrein augmente l'étanchéité au niveau de l'insert au moment du retrait de la matière lors du refroidissement. Selon une autre caractéristique de l'invention, les orifices de l'âme sont répartis selon un pas angulaire prédéterminé et, par exemple, sont répartis suivant deux cercles concentriques selon un pas angulaire de 45 , les orifices d'un cercle étant décalés angulairement d'environ 2205 par rapport à ceux de l'autre cercle. La surface de matière préservée de l'âme est supérieure à la somme des surfaces des découpes. Dans un exemple de réalisation, pour une plaque conductrice en aluminium de sept millimètres d'épaisseur - la profondeur des lamages est de deux millimètres, - l'épaisseur de l'âme de trois millimètres, - le trou central est de vingt millimètres de diamètre, - la première série de trous est de huit millimètres de diamètre et, - la seconde série de trous de six millimètres de diamètre. Le thermoplastique utilisé pour l'insert est de préférence un polypropylène chargé de 30 % de fibre de verre. Le thermoplastique utilisé pour les liteaux est, par exemple, un polypropylène non chargé. Le procédé développé pour l'équipement en liteaux et inserts de protection apporte les avantages suivants - l'utilisation d'une machine bi-injection permet de réaliser l'habillage complet d'une cathode en une seule opération, - l'usage d'une machine à fermeture hydraulique dimensionnée permet d'utiliser la cathode comme insert et d'assurer une force de verrouillage réglable et constante afin de répondre aux variations d'épaisseur et petites irrégularités de surface de la cathode ainsi qu'à maîtriser un quelconque fluage de la plaque d'aluminium utilisée comme insert, - la conception du moule permettra le moulage des deux liteaux ainsi que l'insert de protection, - le procédé de l'injection thermoplastique permet d'appliquer de façon trés intime le matériau sur la plaque d'aluminium afin d'éviter les infiltrations de zinc lors de l'électrolyse qui ont pour effet d'arracher au cours du temps les liteaux et l'insert de protection ; de plus, l'opération de moulage permet de suivre toutes les irrégularités de surface et de noyer les trous d'accrochage en les rendant solidaires du liteau, - le procédé d'injection ne demande pas d'usinages précis au niveau des alésages déterminant l'insert de protection ainsi que pour les trous perforés assurant la bonne tenue des liteaux, - le procédé d'injection permet aussi de choisir des matières thermoplastiques différentes de faible densité, chargées ou non chargées, colorées ou non colorées, - le procédé d'injection donne une durée de vie aux équipements thermoplastiques voisine de celle de la cathode avec comme avantages . fiabilité du procédé, . coût économique de montage, . cout d'entretien extrêmement réduit, . amélioration de la productivité, . recyclage des cathodes en cas d'incidents, . augmentation de la surface active des cathodes par diminution de la largeur des liteaux. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une plaque électriquement conductrice, pourvue d'un dispositif de protection, lequel dispositif de protection est constitué d'au moins un des éléments de protection (4, 5) que sont d'une part, un élément de protection, ci-après appelé liteau constitué d'une matière électriquement isolante, éventuellement scindé en plusieurs tronçons garnissant au moins les chants latéraux de la plaque et qui empêche le dépôt de matériau sur les chants et, de ce fait, la liaison par un pont de matériau des couches de matériau déposées sur les deux faces et, d'autre part, au moins un élément de protection (5) ci-après appelé insert constitué d'une matière isolante, logé dans l'épaisseur de la plaque, dans une zone prédéterminée de cette plaque qui généralement se situe en partie supérieure de cette plaque et sera partiellement recouve dans lequel procédé - on détermine pour chaque élément de protection une zone (8, 9, 10) qui, lorque l'élément de protection correspondant est fixé sur la plaque, sera recouverte du dit élément de protection, lesquelles zones sont appelées latérales (8, 9) pour les liteaux et supérieure (10) pour l'insert, - dans chacune des zones ainsi déterminées, on perce au moins un trou traversant la plaque conductrice et, - on fixe chaque élément (4, 5) de protection sur la plaque (1) conductrice de manière que les parties de ltélément de protection jouxtant les faces de la plaque soient reliées entre elles par des organes (4a, 5a) s'insérant dans les trous précités, ce procédé étant CARACTERISE en ce que - pour une plaque conductrice de dimensions et de forme déterminées, on constitue deux demi-moules (11, 12) principaux comportant au moins indirectement chacun des moyens de positionnement de la plaque ainsi qu'au moins en un emplacement prédéterminé pour correspondre sur la plaque aux zones qui seront recouvertes par l'élément de protection au moins une demi-coquille (13, 14) de moulage et, - on surmoule le dit élément de protection sur la plaque, ce pourquoi . on écarte les deux demi-moules (11, 12), . on positionne entre les demi-moules la plaque (1) conductrice, . on ferme les demi-moules et . on injecte dans chaque demi-coquille d'un seul demimoule un matériau thermoplastique spécifique à l'élément de protection correspondant en contrôlant pour chaque point d'injection au moins la vitesse d'injection, la pression et la température du matériau injecté, on refroidit au moins partiellement le matériau thermoplastique, . on écarte ensuite les demi-moules et, . on retire la plaque. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que, lorsque la plaque comprend des éléments de protection des deux types précités, on réalise en une seule opération, la fabrication et la fixation à la fois des liteaux et de l'insert et ce, quelle que soit la spécificité de la matière isolante utilisée pour les éléments de protection de chaque type. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'on adapte la pression de fermeture pour chaque groupe de demi-coquilles. 4. Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que, dans le cas de l'insert, sur chacune des faces de la plaque, sur toute la section occupée par l'insert et sur une profondeur déterminée de manière à préserver une âme suffisamment épaisse pour assurer une résistance suffisante aux sollicitations d'un outil cunéïforme, on réalise un lamage et on perce la dite âme d'une pluralité de trous traversant (17a, 17b) dont les tailles et la disposition dans l'espace sont déterminées de manière à tendre vers une répartition égale de la matière sur toute la surface de l'insert et à assurer une parfaite solidarité avec la plaque. 5. Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'on injecte à faible vitesse et sous une faible pression la matière destinée à la réalisation de l'insert pour éviter, d'une part, la déformation de l'âme et, d'autre part, l'apparition de toilage en périphérie. 6. Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'on injecte la matière destinée à l'insert au centre de la demi-coquille correspondante et, afin de tendre vers une répartition égale de la matière sur toute la surface de l'insert, on répartit les trous forés dans l'âme selon une taille allant décroissante vers l'extérieur. 7. Moyens pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 comprenant une plaque conductrice (1) pourvue, d'une part, sur au moins deux de ses chants (3) d'un élément (4) de protection en forme de U dit liteau (4) dont les branches (4b, 4c) coiffent les dits chants et, d'autre part, dans une zone prédéterminée d'un autre élément (5) de protection dit insert, en deux parties, logées chacune dans une fraction de l'épaisseur de la plaque de manière que les faces (6) apparentes de cet insert (5) soient coplanaires aux deux faces (7) de la plaque, ces moyens étant caractérisés en ce qu'ils comprennent en outre - deux demi-moules (11, 12), chacun comportant des moyens de positionnement de la plaque et autant de demi-coquilles (13, 14) que d'éléments (4, 5) de protection à réaliser, - des moyens (19) de contrôle de la pression de fermeture de chaque groupe de demi-coquilles. 8. Plaque électriquement conductrice pourvue, d'une part, sur au moins deux de ses chants (3) d'un élément (4) de protection en forme de U dit liteau (4) dont les branches (4b, 4c) coiffent les dits chants et, d'autre part, dans une zone prédéterminée d'un autre élément (5) de protection dit insert, en deux parties, logées chacune dans une fraction de l'épaisseur de la plaque de manière que les faces (6) apparentes de cet insert (5) soient coplanaires aux deux faces (7) de la plaque, caractérisée en ce qu'elle est obtenue avec le procédé selon la revendication 1 ou 2. 9. Plaque électriquement conductrice selon la revendication 8 caractérisée en ce que, dans le cas de l'insert, elle est pourvue dans une zone prédéterminée de deux lamages (15) logeant chacun une fraction de l'insert et dont la profondeur préserve une âme 16 dont l'épaisseur est suffisante pour assurer une rigidité mécanique aux sollicitations mécaniques qu'exerce habituellement un outil cunéïforme. 10. Plaque électriquement conductrice selon la revendication 9 caractérisée en ce qu'au niveau de l'insert, l'âme est traversée d'un trou central (17a) et comporte une pluralité d'autres trous (17b) qui, répartis sur toute la section, sont de taille décroissante en allant vers l'extérieur.