Brevet FR2737888A1 — publié le 19970221

Procédé et disDositif d'enroulement filamentaire. La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif d'enroulement filamentaire, notamment pour la fabrication de pièces composites creuses, ainsi que les pièces obtenues par ce procédé. De nombreuses pièces sont fabriquées aujourd'hui par enroulement filamentaire. Tel est le cas en particulier de pièces creuses de grande longueur constituant des canalisations ou des conduits destinés à différentes applications. Ces pièces creuses composites sont obtenues de façon connue par enroulement de fils sur une forme support qui constitue un mandrin avec imprégnation préalable des fils. L'interposition de nappes de fils dans un sens ou dans l'autre permet de conférer au cylindre ainsi réalisé des propriétés de grande résistance mécanique dans les différentes directions et ceci moyennant une épaisseur de paroi très réduite. Des machines à bobiner mettant en oeuvre ces procédés sont notamment décrites dans le brevet FR-A-2.630.422 ou bien encore dans le brevet FR A-2.606.003. Dans un grand nombre de cas, un avantage de la technique de l'enroulement filamentaire constitue, dans les applications développées pour la présente invention, un inconvénient. En effet, disposer d'une pièce dont l'épaisseur de paroi est très réduite peut se révéler être un inconvénient, en particulier lorsque la pièce est destinée à être enfouie à une profondeur importante dans le sol. En effet, les efforts qui sont exercés sur cette pièce par l'ensemble de la matière disposée au-dessus de cette pièce peuvent entraîneur dans certains cas une fatigue excessive de la pièce.Il convient donc de trouver des solutions pour augmenter la résistance à diverses contraintes desdites pièces sans toutefois en augmenter le coût ni détruire les propriétés intéressantes inhérentes à l'utilisation de fils et de résine qui constituent un ensemble présentant de très bonnes propriétés de résistance chimique, thermique. Le but de la présente invention est donc d'améliorer la qualité des pièces obtenues par enroulement filamentaire, en particulier en augmentant leur résistance à diverses contraintes, en proposant un procédé et un dispositif d'enroulement filamentaire qui permettent, de manière simple, rapide et peu onéreuse, d'augmenter l'épaisseur de la paroi desdites pièces sans en modifier les propriétés. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé d'enroulement filamentaire, notamment pour la fabrication de pièces composites creuses, selon lequel on dispose, en amont d'un mandrin animé d'un mouvement de rotation autour de son axe longitudinal, des moyens de formation d'une nappe de fils, ces moyens comprenant au moins une bobine de laquelle se dévident le ou les fils, des moyens d'imprégnation des fils avec un liant et au moins un peigne disposé en aval des moyens d'imprégnation entre les dents duquel défilent les fils maintenus sous tension, en ce qu'on anime lesdits moyens de formation de la nappe de fils d'un mouvement relatif par rapport au mandrin pour que la nappe de fils soit enroulée sur ledit mandrin selon une trajectoire résultant du mouvement du mandrin et du mouvement des moyens de formation de la nappe, caractérisé en ce qu'on dépose, selon un débit prédéterminé réglable, des matières en grains à la surface d'une portion de nappe de fils disposée en aval des moyens de formation de la nappe au voisinage immédiat du peigne terminal et en ce qu'on fait pénétrer lesdites matières en grains au moins partiellement dans ladite nappe avant de procéder à l'enroulement filamentaire de ladite nappe sur le mandrin. L'invention a également pour objet un dispositif d'enroulement filamentaire notamment pour la fabrication de pièces creuses, pour la mise en oeuvre du procédé précédent, du type comprenant un mandrin animé d'un mouvement de rotation autour de son axe longitudinal, des moyens de formation d'une nappe de fils, ces moyens comprenant notamment au moins une bobine de laquelle se dévident le ou les fils, des moyens d'imprégnation des fils avec un liant et au moins un peigne disposé en aval des moyens d'imprégnation entre les dents duquel défilent les fils maintenus sous tension, les moyens de formation de la nappe de fils étant animés d'un mouvement relatif par rapport au mandrin pour que la nappe de fils soit enroulée sur ledit mandrin selon une trajectoire résultant du mouvement du mandrin et du mouvement des moyens de formation de la nappe, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de dépose de matières en grains à la surface d'une portion de la nappe disposée entre lesdits moyens de formation de la nappe et le mandrin et des moyens favorisant la pénétration au moins partielle des matières en grains dans ladite nappe, lesdits moyens de dépose et d'aide à la pénétration étant animés d'un mouvement relatif par rapport au mandrin de manière à suivre une trajectoire identique à celle des moyens de formation de la nappe pour être maintenus en permanence au-dessus de la surface de la portion de nappe devant être recouverte desdites matières en grains. Selon une forme de réalisation préférée du dispositif de l'invention, les moyens de dépose des matières en grains comprennent une trémie disposée au-dessus de la portion de la nappe de fils à recouvrir de matières en grains, cette trémie comportant une ouverture de dimension réglable et obturable. Les moyens favorisant la pénétration au moins partielle des matières en grains dans l'épaisseur de la nappe de fils sont quant à eux avantageusement constitués par une barre sous laquelle la nappe de fils maintenue en contact d'appui glissant avec ladite barre défile. L'invention a encore pour objet les pièces composites obtenues par la mise en oeuvre du procédé objet de l'invention. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, en référence à la figure unique annexée qui représente sous forme schématique l'ensemble des éléments constitutifs d'un dispositif d'enroulement filamentaire objet de l'invention. Le dispositif d'enroulement filamentaire, objet de l'invention, comporte, de manière connue en soi, un mandrin 1 animé d'un mouvement de rotation autour de son axe longitudinal. Les moyens d'entraînement en rotation de ce mandrin l peuvent être divers. En amont de ce mandrin sont disposés des moyens de formation d'une nappe de fils. Ces moyens comprennent notamment au moins une bobine 3 de laquelle se dévident le ou les fils 2. Généralement plusieurs bobines sont disposées les unes à côté des autres. Ces bobines sont capables de maintenir le fil à l'état enroulé et se laissent dévider généralement sous l'effet de la traction provoquée par le mouvement du mandrin 1. Le déroulement du fil 2 s'effectue donc en continu avec une tension constante et réglable. Les moyens de montage de ces bobines sont divers. Un exemple de réalisation d'un montage d'une bobine équipée éventuellement d'un dispositif de freinage est décrit dans le brevet FR-A-2.630.420. Une fois déroulé de la bobine, le fil 2 est guidé par des moyens de guidage appropriés représentés en 6, 6' de manière à être amené jusqu'à des moyens d'imprégnation 4, 5 des fils par un liant 15. Ces moyens d'imprégnation 4, 5 peuvent affecter un grand nombre de formes. Dans l'exemple représenté à la figure unique, ces moyens d'imprégnation sont constitués par un bac 5 de réserve de liant 15, ce liant 15 étant généralement constitué par une résine, telle qu'une résine de type polyester, époxy ou phénolique. Immergé partiellement dans ce bac 5 de réserve de liant 15 , un tambour 4 est monté libre en rotation.Lors de leur défilement sur ce tambour 4, les fils 2 sont imprégnés de résine puis guidés de nouveau au moyen d'un moyen de guidage 6" avant de défiler entre les dents d'un peigne terminal 7. Ce peigne terminal 7 remplit plusieurs fonctions. I1 a notamment pour rôle de définir exactement une densité de fils et de liant à déposer sur le mandrin du fait qu'il définit un pas précis, suivant la dimension des fils, entre deux fils adjacents. En outre, il offre la possibilité de combiner au moins deux nappes de N fils en une nappe unique d'au moins 2 N fils situés dans un même plan. C'est cette nappe de 2 N fils qui sera appliquée par la suite sur le mandrin 1. Tous les moyens décrits jusqu'ici sont déjà connus dans l'état de la technique sous une forme identique ou similaire à celle décrite précédemment. Cependant, dans les solutions connues jusqu'à maintenant, la nappe de fils ou fibres ainsi obtenue est généralement directement posée et enroulée autour du mandrin 1. Tel n'est pas le cas dans l'invention où cette nappe de fils 2 va au préalable subir une opération supplémentaire. En effet, cette nappe de fils 2 va être recouverte de matières en grains au niveau de la portion de la nappe disposée entre le peigne terminal 7 et le mandrin 1. Les moyens de dépose des matières en grains 13 comprennent une trémie 9 disposée au-dessus de la portion de la nappe de fils à recouvrir de matières en grains 13, cette trémie 9 comportant une ouverture 14 de dimension réglable et obturable. Les matières en grains ainsi déposées sur cette portion de nappe vont être amenées à pénétrer au moins partiellement dans les éléments constitutifs de ladite nappe au moyen d'une barre 8 disposée en aval des moyens de dépose des matières en grains et en amont du mandrin 1, comme le montre la figure unique. La nappe ainsi recouverte de matières en grains est par la suite enroulée autour du mandrin 1 de manière en soi connue. Pour obtenir le recouvrement du mandrin 1 et ce de manière en soi connue, il est nécessaire que les moyens de formation de la nappe soient animés d'un mouvement relatif par rapport au mandrin 1 pour que la nappe de fils soit enroulée sur le mandrin 1 selon une trajectoire résultant du mouvement du mandrin 1 et du mouvement des moyens de formation de la nappe. Généralement, les moyens de formation de la nappe, les moyens de dépose de la matière en grains et les moyens favorisant la pénétration de ces matières en grains 13 dans la nappe de fils sont disposés sur un ou plusieurs supports mobiles (non représentés), ces supports mobiles étant par exemple constitués par des chariots montés sur rails et munis d'une motorisation. Ce ou ces chariots sont animés d'un mouvement alternatif de translation parallèle à l'axe longitudinal du mandrin 1. Les matières en grains 13 déposées à la surface de la nappe de fils peuvent être constituées par tout produit en poudre concassé finement ou bien encore pulvérulent. De préférence, la matière en grains 13 choisie sera constituée par du sable généralement d'origine siliceuse, en particulier lorsque les fils sont constitués par des fibres de verre. La granulométrie de ce sable est comprise entre 0,05 et 0,5 mm, de préférence entre 0,1 et 0,4 mm. En association, la résine utilisée est une résine polyester, époxy ou phénolique dont la fluidité est de l'ordre de 7.10-3 Pa.s. Dans ce cas, la dépose de matières en grains à la surface de la portion de la nappe de fils précitée peut s'assimiler à une opération de sablage. Ce sable 13 est généralement stocké à l'intérieur d'une trémie 9 munie d'une ouverture 14 obturable.Les moyens d'obturation de cette trémie sont, dans l'exemple représenté, constitués par un volet 11 monté à pivotement autour d'un axe, la rotation de cet axe étant commandée au moyen d'un actionneur 12 tel qu'un vérin. L'ouverture 14 de ladite trémie 9 affecte de préférence la forme d'une fente s'étendant dans le sens de la largeur de la nappe de fils 2. La dimension de l'ouverture 14 de la trémie 9 est réglée au moyen de deux lames coulissantes 10 agencées pour pouvoir être rapprochées ou écartées l'une de l'autre en fonction du débit de matières en grains 13 choisi. Les bords en regard des lames 10 définissent entre eux un intervalle de largeur variable. La longueur de l'ouverture 14 correspond quant à elle sensiblement à la largeur de la nappe, de manière à réduire les pertes de matières en grains lors de la dépose de ces matières sur la nappe de fils. Ce positionnement des lames coulissantes 10 permet de définir le débit auquel les matières en grains seront déposées sur la portion de la nappe de fils 2. Généralement, ce débit est réglé lors de l'installation de cette trémie et demeure par la suite constant au cours d'un cycle de fabrication. Si l'on veut faire varier, au cours de ce cycle, la quantité de matières en grains déposées à la surface de la nappe de fils, on agira de manière préférentielle sur la vitesse de défilement de la nappe audessous de ladite trémie 9. Les matières en grains 13 contenues dans la trémie 9 sont déposées en pluie sous forme d'un rideau de pluie à la surface de la nappe de fils qui défile sous l'ouverture 14 de ladite trémie 9. Par la suite, ces matières en grains 13 pénètrent au moins partiellement dans ladite nappe de fils 13.Les moyens 8 favorisant la pénétration au moins partielle des matières en grains 13 dans l'épaisseur de la nappe de fils 2 sont constitués par une barre sous laquelle défile la nappe de fils 2 maintenue en contact dtappui glissant ou roulant avec ladite barre. La barre 8 est disposée en aval du point de dépose des matières en grains 13 à la surface de la nappe de fils. Grâce à cette combinaison des moyens de dépose de la matière en grains et des moyens favorisant la pénétration desdites matières en grains dans la nappe de fils, on obtient au niveau du mandrin 1 une nappe du type par exemple fibres de verre/résine/matières en grains dont la teneur en verre, résine et en matière en grains est parfaitement homogène et déterminée. La présence de ces matières en grains permet d'augmenter l'épaisseur de la paroi de la pièce ainsi réalisée sans affecter les autres propriétés de ladite pièce. Par la suite et de manière en soi connue, le matériau composite final est obtenu après polymérisation de l'ensemble fibre, résine, sable. Les nappes de fils ainsi obtenues sont donc enroulées autour du mandrin 1 selon des spires ayant pour axe l'axe de rotation du mandrin 1. Bien évidemment et de manière en soi connue, une commande numérique peut être associée à ce dispositif. Cette unité programmable commandera en particulier la mise en rotation du mandrin 1, le déplacement du ou des supports mobiles, la vitesse en rotation dudit mandrin 1, la commande du volet 11 d'obturation de ladite trémie et assurera entre autres le contrôle du niveau de remplissage de la trémie 9. Les produits composites ainsi obtenus peuvent être utilisés à diverses fins. Ils peuvent ainsi constituer des conduits ou canalisations enfouis dans le sol, des tubes ou similaire. REVENDICATIONS 1. Procédé d'enroulement filamentaire, notamment pour la fabrication de pièces composites creuses, selon lequel on dispose, en amont d'un mandrin (1) animé d'un mouvement de rotation autour de son axe longitudinal, des moyens de formation d'une nappe de fils (2), ces moyens comprenant au moins une bobine (3) de laquelle se dévident le ou les fils, des moyens d'imprégnation (4, 5) des fils avec un liant (15) et au moins un peigne (7) disposé en aval des moyens d'imprégnation (4, 5) entre les dents duquel défilent les fils maintenus sous tension, en ce qu'on anime lesdits moyens de formation de la nappe de fils d'un mouvement relatif par rapport au mandrin (1) pour que la nappe de fils soit enroulée sur ledit mandrin selon une trajectoire résultant du mouvement du mandrin et du mouvement des moyens de formation de la nappe, caractérisé en ce qu'on dépose, selon un débit prédéterminé réglable, des matières en grains (13) à la surface d'une portion de nappe de fils disposée en aval des moyens de formation de la nappe au voisinage immédiat du peigne terminal (7) et en ce qu'on fait pénétrer lesdites matières en grains (13) au moins partiellement dans ladite nappe avant de procéder à l'enroulement filamentaire de ladite nappe (2) sur le mandrin (1). 2. Dispositif d'enroulement filamentaire, notamment pour la fabrication de pièces creuses, pour la mise en oeuvre du procédé conforme à la revendication 1, du type comprenant un mandrin (1) animé d'un mouvement de rotation autour de son axe longitudinal, des moyens de formation d'une nappe de fils, ces moyens comprenant notamment au moins une bobine (3) de laquelle se dévident le ou les fils, des moyens d'imprégnation (4, 5) des fils avec un liant (15) et au moins un peigne (7) disposé en aval des moyens d'imprégnation (4, 5) entre les dents duquel défilent les fils maintenus sous tension, les moyens de formation de la nappe de fils étant animés d'un mouvement relatif par rapport au mandrin (1) pour que la nappe de fils soit enroulée sur ledit mandrin (1) selon une trajectoire résultant du mouvement du mandrin (1) et du mouvement des moyens de formation de la nappe, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de dépose de matières en grains (13) à la surface d'une portion de la nappe disposée entre lesdits moyens de formation de la nappe et le mandrin (1) et des moyens (8) favorisant la pénétration au moins partielle des matières en grains dans ladite nappe, lesdits moyens de dépose et d'aide à la pénétration étant animés d'un mouvement relatif par rapport au mandrin (1) de manière à suivre une trajectoire identique à celle des moyens de formation de la nappe pour être maintenus en permanence au-dessus de la surface de la portion de nappe devant être recouverte desdites matières en grains. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de dépose des matières en grains (13) comprennent une trémie (9) disposée au-dessus de la portion de la nappe de fils à recouvrir de matières en grains (13), cette trémie (9) comportant une ouverture (14) de dimension réglable et obturable. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'ouverture (14) de la trémie (9) affecte la forme d'une fente disposée dans le sens de la largeur de la nappe de fils (2). 5. Dispositif selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que la dimension de itouverture (14) de la trémie (9) est réglée au moyen de deux lames (10) coulissantes agencées pour pouvoir être rapprochées ou écartées l'une de l'autre en fonction du débit de matières en grains (13) choisi. 6. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'ouverture (14) de la trémie (9) est obturée au moyen d'un volet (11) commandé par un actionneur tel qu'un vérin (12). 7. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que les moyens (8) favorisant la pénétration au moins partielle des matières en grains (13) dans l'épaisseur de la nappe de fils (2) sont constitués par une barre sous laquelle la nappe de fils (2) maintenue en contact d'appui glissant avec ladite barre défile. 8. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que les matières en grains (13) sont constituées par du sable présentant une granulométrie comprise entre 0,05 et 0,5 mm, de préférence entre 0,1 et 0,4 mm. 9. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que les fils sont constitués par des fibres de verre, le liant (15) étant une résine. 10. Pièces composites, caractérisées en ce qu'elles sont fabriquées par le procédé selon la revendication 1.