Brevet FR2687094A1 — publié le 19930813

DISPOSITIF DE GAINAGE D'UN MATERIAU FILIFORME PAR UNE MATIERE A L'ETAT FONDU La présente invention concerne un dispositif de gainage d'un matériau filiforme, constitué d'un ensemble de fils et/ou de filaments, par une matière organique à l'état fondu. Il existe déjà un certain nombre de dispositifs, appelés têtes de câblage, têtes de recouvrement ou têtes d'équerres, montés à l'extrémité d'une extrudeuse, qui permettent de déposer une couche de matière organique thermoplastique à la surface d'un matériau filiforme. Un dispositif de ce type est décrit, par exemple, dans le brevet US-A-4 713 139. Ce dispositif comprend, pour l'essentiel, un conduit de guidage du matériau et, à sa sortié, un orifice annulaire par où la matière organique est délivrée, disposé concentriquement à l'orifice de sortie dudit matériau. Dès sa sortie, la matière organique est étirée sous forme de cône par le matériau en déplacement et vient s'ap- pliquer à sa surface quelques millimètres après sa sortie. Le principe de ce dispositif limite la vitesse défilement du matériau qui, d'après l'exemple cité, n'excède pas 1 à 2 mètres par seconde. Au-delà de cette vitesse, le matériau risque de ne plus être gainé régulièrement car la matière organique est alors étirée trop violemment pour ne pas se rompre. La demande de brevet EP-A-393 536 décrit un autre type de dispositif, qui permet de mettre le matériau filiforme en contact avec la matière organique à l'intérieur même dudit dispositif. Ce dernier comprend, pour l'essentiel, un dispositif de guidage du matériau à l'entrée et à la sortie et, entre les deux, une chambre d'imprégnation reliée directement à l'extrudeuse. Le matériau, constitué en ltoc- currence par un fil formé d'une multiplicité de filaments, est mis en contact avec la matière sous pression qui peut ainsi l'imprégner à coeur. L'injection de la matière organique dans la chambre centrale est faite perpendiculairement à la trajectoire du fil, ce qui provoque son fractionnement et la séparation d'un certain nombre de filaments par rapport à leurs voisins. La pression exercée préférentiellement d'un seul côté du fil a pour effet également de provoquer une répartition irrégulière des filaments au sein de la matière organique. Cet effet est, du reste, recherché. Par son principe même, ce dispositif ne permet donc pas d'obtenir un matériau composite au sein duquel le matériau filiforme a conservé sa cohésion. La présente invention a pour objet un dispositif qui permet de gainer et, éventuellement, d'imprégner un matériau filiforme d'une couche de matière organique thermoplastique, à une vitesse supérieure à celle atteinte par les dispositifs connus. La présente invention a également pour objet un dispositif qui permet d'obtenir un matériau composite, constitué d'un ensemble de fils et/ou de filaments gainé et, éventuellement, imprégné de matière organique, au sein duquel les fils et/ou filaments conservent une répartition régulière. La présente invention a pour objet un dispositif qui permet, en particulier, d'obtenir un fil composite dont l'âme, formée d'un faisceau de filaments, est enrobée d'une matière organique thermoplastique. Les buts de l'invention sont atteints grâce à un dispositif monté en tête d'équerre à l'extrémité d'une extrudeuse, qui comprend, suivant son axe, un orifice d'entrée auquel succède un poinçon creux dont le conduit débouche dans un canal central, la section droite dudit canal étant plus grande que celle dudit conduit et étant constante sur au moins une partie de sa longueur, puis, à la sortie du canal central une filière, ledit dispositif comprenant également une chambre d'alimentation en matière organique fondue, reliée à l'extrudeuse, et dont le ou les orifices de sortie débouchent dans le canal central concentriquement à son axe. Le matériau filiforme, par exemple un fil formé d'une multiplicité de filaments de verre, est guidé dans l'axe du dispositif par le conduit du poinçon. A la sortie du poin çon, le fil pénètre dans le canal central selon son axe, zone où il se trouve en contact avec la matière organique thermoplastique à l'étant fondu sous pression. L'arrivée de cette matière, issue du ou des orifices répartis concentriquement à l'axe du canal, exerce à la surface du fil une pression radiale régulière dirigée vers le centre dudit fil. Le fil, ainsi soumis à un champ de pressions équilibrées pendant son trajet dans le canal, n'a pas tendance à se fragmenter. De plus, avec un canal central dont la section droite est constante sur au moins une partie de sa longueur, le fil est soumis à une pression radiale constante sur au moins une partie de son trajet dans le canal. Ceci favorise la qualité de l'imprégnation de fil. Afin que cette pression radiale s'exerce le plus régulièrement possible sur le fil, dès son contact avec la matière à l'étant fondu, le ou les orifices de la chambre d'alimentation débouchent, de préférence, à l'entrée du canal central. La matière fondue arrive, de préférence, dans le canal par un orifice unique qui s'ouvre sur toute sa périphérie, par exemple sous forme d'orifice annulaire lorsque le canal est cylindrique. Si cette alimentation concentrique permet de conserver la cohésion des filaments qui constituent le fil, le réglage de la pression et/ou de la viscosité de la matière entrant à son contact, celui de sa vitesse de passage dans le dispositif, permettent également de l'imprégner, au moins partiellement, de matière organique. Le dispositif selon l'invention permet ainsi d'obtenir un fil, dont la partie centrale est formée d'un faisceau de filaments non imprégnés de matière organique, entourée à sa périphérie d'une zone imprégnée, l'ensemble étant revêtu d'une couche d'épaisseur déterminée. Selon un mode privilégié de réalisation de l'invention, la chambre d'alimentation entoure le poinçon creux et présente, à sa partie inférieure, un conduit de forme tronconique qui converge vers l'axe du canal central. Ce conduit aboutissant dans le canal par un orifice annulaire, permet d'injecter la matière à l'étant fondu dans ledit canal selon une direction voisine de celle suivie par le fil en cours de déplacement. Ainsi l'écart de vitesse susceptible d'exister entre le fil et la matière à l'état fondu peut il être considérablement réduit. Ceci permet de réduire de façon importante le cisaillement auquel la matière organique est soumise dès qu'elle entre en contact avec un fil qui se déplace à grande vitesse. Grâce à cette caractéristique, le dispositif permet de gainer et, éventuellement, d'imprégner un fil qui le traverse à une vitesse supérieure à 5 mètres par seconde, sans que la qualité du revêtement en souffre. Cet avantage permet, à partir de fils extraits d'enroulement, d'augmenter de façon notable la longueur de fil gainé par unité de temps. Cet avantage permet surtout dtin- tégrer le dispositif selon l'invention dans l'installation de fabrication du fil que l'on désire gainer. Le dispositif selon l'invention peut, par exemple, être implanté dans une installation de production de fil de verre. Une telle installation comprend pour l'essentiel une filière, généralement en alliage métallique chauffée par effet Joule, qui sert à refondre le verre ou à le maintenir à l'étant fondu. Le verre s'écoule de la filière à partir d'une multiplicité d'orifices, sous la forme de filets qui, étirés mécaniquement, donne naissance à un ensemble de filaments continus. Ces filaments sont rassemblés en un fil directement entraîné à travers le dispositif selon l'invention avant, par exemple, d'être bobiné sur un support en rotation. Il peut être également implanté dans une installation de production d'un fil mixte verre-matière organique, telle par exemple que décrite dans la demande de brevet EP-A-367 661. Outre le gain de productivité mentionné précédemment, la mise en oeuvre du dispositif selon l'invention dans le cadre d'un procédé direct supprime la fabrication, l'em- ballage et le stockage d'enroulements de fils, étapes onéreuses qui précèdent généralement l'opération de gainage. L'invention sera mieux appréciée à travers la description détaillée suivante de quelques exemples de réalisation, illustrée de figures d'après lesquelles la figure 1 représente, schématiquement, une vue latérale partielle de l'installation dans laquelle le dispositif selon l'invention est mis en oeuvre, la figure 2 représente, schématiquement, une vue en coupe longitudinale d'un dispositif selon l'invention, la figure 3A représente, schématiquement, une vue correspondant à la projection sur un plan transversal d'un deuxième mode de réalisation de l'invention, la figure 3B représente, schématiquement, une vue en coupe longitudinale d'une pièce du dispositif représenté à la figure 3A, la figure 4 représente, schématiquement, une vue correspondant à la projection sur un plan transversal d'un troisième mode de réalisation de l'invention. Selon la figure 1, un fil mixte 10, formé d'un ensemble de filaments de verre et de polypropylène, est guidé par un organe 11. Cet organe a pour fonction d'amener le fil 10 dans l'axe du dispositif 12, monté en tête d'équerre et verticalement à l'extrémité de l'extrudeuse 13. Cette extrudeuse, solidaire du support 14, est équipée de deux vis d'Archimède animées en rotation par le moteur 15. L'extrudeuse 13 est alimentée en matière organique thermoplastique sous forme de granulés stockés dans la trémie 16. Cette extrudeuse permet d'injecter la matière organique à l'étant fondu dans le dispositif 12, sous une forte pression qui atteindre 50 bars. Le fil 10, revêtu d'une couche de matière organique figée au moins en surface, passe sur un organe de guidage 17 avant d'être bobiné sur une broche 18, mue en rotation par un moteur non représenté. Le fil 10 est bobiné sous forme d'un enroulement 19 grâce à un organe de répartition 20. Àu lieu d'être entraîné par une broche en rotation, le fil 10 peut l'hêtre par une roue d'étirage et réparti sur un convoyeur, conformément aux procédés et aux dispositifs décrits, par exemple, dans les brevets US-A-3 467 739 et US A-3 676 095. Le fil 10 peut être également entraîné par une machine de coupe comme le prévoit, par exemple, le brevet US-A-4 406 196. Dans ce dernier cas, le fil est, de préférence, un fil auquel on a appliqué une torsion préalablement à son gainage, structure qui lui évite d'être écrasé entre les roues de la machine de coupe comme un fil ordinaire. La figure 2 montre, en coupe longitudinale, la structure interne d'un mode de réalisation du dispositif 12. Ce dispositif comprend, à sa partie supérieure, un orifice 21 en forme de cône pour faciliter l'introduction du fil 10 au départ de l'opération de gainage. Cet orifice est ménagé au sommet d'un poinçon creux 22, dont le conduit 23 a pour fonction essentielle de guider le fil 10 et de le centrer parfaitement dans l'axe du dispositif. Ce poinçon est lui-même fixé sur le corps 24 du dispositif 12 à l'aide d'écrous 25. Le conduit 23 débouche au sommet d'un canal central 26, de forme cylindrique, dont la section droite est plus grande que celle dudit conduit. Le canal 26 aboutit à une zone 27 de section plus reduite dont l'orifice de sortie 28 sert de filière. Le dispositif 12 est relié à l'extrudeuse par l'intermédiaire du conduit d'alimentation 29. Ce conduit débouche, à l'intérieur du dispositif 12, dans une chambre 30 qui entoure le poinçon 22. Cette chambre présente, à sa partie inférieure, un conduit 31, de forme tronconique, qui aboutit sous la forme d'une ouverture annulaire 32 au sommet du canal 26. Cette structure permet, simultanément, de soumettre le fil 10 à une pression radiale régulière dès son contact avec la matière à l'état fondu et de forcer son écoulement de manière à accompagner le fil dans son déplacement. La zone 27, formée d'un passage tronconique 33 et de l'orifice 28, permet de maintenir la matière organique sous pression dans le canal 26. Des résistances chauffantes 34, dont le branchement n' est pas représenté, peuvent être logées dans le corps 24 afin de maintenir la matière organique à la température désirée. A la sortie du dispositif 12, le fil obtenu comprend une âme 35, formée par le faisceau de filaments constituant le fil 10, enrobée d'une couche calibrée 36 de matière organique. La figure 3A représente, en coupe transversale, une variante du dispositif 12. Cette variante comprend une fente longitudinale 37 sur toute la hauteur du dispositif, à l'opposé du conduit d'alimentation 29 qui le relie à l'extrudeuse. Cette fente, qui pénètre jusqu'au conduit 23 du poinçon et au canal central 26 et se prolonge dans la zone 27, permet d'introduire rapidement le fil 10 lors d'une opération de relance. Ceci est particulièrement avantageux lorsque le dispositif selon l'invention est implanté dans une installation de fabrication du fil, par exemple lorsqu'il s' agit d'un fil de verre. Dès que la relance est effectuée, une pièce obturatrice 38 vient remplir la fente afin de reconstituer les parois du conduit 23, du canal 26 et de la zone 27. Cette pièce 38 est maintenue en place par un dispositif de fermeture non représenté. La figure 3B montre, en coupe longitudinale, la pièce 38. Celle-ci comprend une échancrure 39 permettant de reconstituer la chambre 30 et le conduit 31. La figure 4 représente une autre variante du dispositif 12. Cette variante comprend une partie fixe 40, reliée à l'extrudeuse par l'intermédiaire du conduit d'alimentation 29, et une partie mobile 41 autour d'une charnière longitudinale 42 solidaire des deux parties. En position de fermeture, les deux parties viennent s'adapter l'une à l'autre selon un plan longitudinal passant par l'axe du dispositif 12. La charnière 42 peut être fixée sur une génératrice du dispositif, ou au fond d'une échancrure 43 ménagée sur toute sa hauteur. Un dispositif, tel qu'une patte 44 associée à une vis 45, permet de bloquer les deux parties en position de fermeture. EXEMPLE Un dispositif selon l'invention est disposé en tête d'équerre à l'extrémité d'une extrudeuse monovis (diamètre de vis = 25 mm ; L/D = 30). Ce dispositif, du type de celui représenté figure 2, présente les caractéristiques suivantes: * diamètre de passage du poinçon (23) = 0,95 mm, * diamètre du canal central (24) = 2 mm, * longueur du canal central (24) = 40 mm. Ce dispositif est alimenté en matière à l'étant fondu formée du mélange suivant * 30 % d'une résine hydrocarbonée hydrogénée - point de ramollissement bille/anneau = 97-1030C, - viscosité Brookfield = 150 mPa.s à 1800C * 50 % d'une cire de polypropylène - point de ramollissement bille/anneau = 1630C, - viscosité Brookfield = 600 mPa.s à 1900C * 20 % d'un polypropylène modifié chimiquement par greffage d'anhydride maléique - point de ramollissement bille/anneau = 1570C, - viscosité Brookfield = 275 mPa.s à 1900C La température du dispositif est de l'ordre de 2300C. La pression de la matière à l'intérieur du dispositif est de l'ordre de 10 à 15 bars. Un fil mixte, formé de filaments organiques et de filaments de verre, traverse le dispositif à une vitesse de 10 mètres par seconde. Ce fil est constitué de 800 filaments de verre E, d'un diamètre moyen de 14 micromètres et de 750 filaments obtenus par filage d'un mélange d'un polypropylène homopolymère, dont l'indice de fluidité est de 20 dg/min (mesuré selon la norme ISO 1133) et d'un polypropylène modifié chimiquement par greffage d'anhydride maléique. Les filaments de verre sont ensimés par un ensimage en phase non-aqueuse. Cet ensimage comprend, pour l'essentiel, un résine époxy-cycloaléphatique, un vinyl éther et un silane aminé. Dans ces conditions, on obtient un fil comprenant une âme formée par le faisceau des filaments dont la zone externe est imprégnée de matière organique, l'ensemble étant recouvert d'une couche de ladite matière. La quantité de matière organique qui imprègne et recouvre le fil mixte est, exprimée en pourcentage pondéral par rapport au titre du fil, de 20 %. Le dispositif selon l'invention peut servir à gainer aussi bien des fils formés exclusivement de filaments destinés à servir de renforts, tels les filaments de verre, de carbone, les filaments aramides ou métalliques, que des fils mixtes. Les fils gainés par le dispositif selon l'invention peuvent comporter une torsion ou non. REVENDICATIONS 1. Dispositif de gainage d'un matériau, constitué d'un ensemble de fils et/ou de filaments, par une matière organique à l'état fondu, monté en tête d'équerre à l'extrémité d'une extrudeuse, caractérisé en ce qu'il comprend, suivant son axe, un orifice d'entrée auquel succède un poinçon creux dont le conduit débouche à l'entrée d'un canal central, la section droite dudit canal étant plus grande que celle dudit conduit et étant constante sur au moins une partie de sa longueur, puis, à la sortie du canal central une filière, ledit dispositif comprenant également une chambre d'alimentation en matière fondue reliée à l'extrudeuse et dont le ou les orifices de sortie débouchent dans le canal central concentriquement à son axe. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ou les orifices de la chambre d'alimentation débouchent à l'entrée du canal central. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le canal central est cylindrique et que l'orifice de la chambre d'alimentation qui y débouche est de forme annulaire. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la chambre d'alimentation entoure le poinçon creux et présente, à sa partie inférieure, un conduit de forme tronconique qui converge vers l'axe du canal central. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une fente longitudinale sur toute sa hauteur ainsi aucun dispositif d'obturation amovible s'adaptant dans ladite fente. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est formé de deux parties, l'une fixe reliée à l'extrudeuse, l'autre mobile autour d'une charnière longitudinale solidaire des deux parties, qui viennent s'adapter l'une à l'autre en position de fermeture selon un plan longitudinal passant par l'axe dudit dispositif.