Brevet FR2750979A1 — publié le 19980116

DISPOSITIF POUR LA FABRICATION D'UN FIL COMPOSITE La présente invention concerne un dispositif de fabrication d'un fil composite formé par l'association d'une multiplicité de filaments continus de verre et de filaments organiques thermoplastiques. Plus précisément, I'invention concerne un dispositif comprenant au moins une filière alimentée en verre, à partir de laquelle sont étirés une multiplicité de filaments de verre continus, et au moins une tête de filage alimentée en matière organique thermoplastique, à partir de laquelle sont également étirés une multiplicité de filaments organiques continus. Ces filaments organiques sont étirés et projetés au moyen d'un dispositif venturi dans la nappe de filaments de verre en cours d'étirage, L'ensemble desdits filaments étant ensuite rassemblés sous la forme d'un fil composite. Une telle installation est décrite par exemple dans la demande de brevet FR-A-2 698 038. Dans le cadre de l'invention décrite dans cette demande, les filaments thermoplastiques sont étirés séparément des filaments de verre au moyen de tambours dont la vitesse de rotation est commandée de manière à conférer à la nappe de filaments thermoplastiques une vitesse supérieure à la vitesse d'étirage des filaments de verre. La nappe de filaments thermoplastiques, éventuellement guidée, passe dans un dispositif venturi qui assure l'orientation et la projection de ladite nappe dans la nappe de filaments de verre en cours d'étirage. Le dispositif, qui maintient la vitesse conférée aux filaments thermoplastiques par les tambours d'étirage, assure uniquement la projection desdits filaments dans la nappe des filaments de verre en les maintenant individualisés. La différence ainsi créée entre les vitesses d'étirage des deux catégories de filaments a pour effet de compenser le retrait des filaments thermoplastiques qui intervient avant le bobinage du fil composite. II est ainsi possible d'obtenir des bobines de fil composite dont l'ensemble des filaments qui le constitue sont de même longueur. L'apparition d'un écart entre les vitesses désirées pour les filaments, même lorsqu'il est faible, peut se traduire par un défaut au niveau du produit obtenu ou par un mauvais fonctionnement de l'installation. II en est ainsi lorsqu'un écart se produit entre la vitesse conférée aux filaments thermoplastiques par les tambours d'étirage et la vitesse desdits filaments lorsqu'ils entrent en contact avec les filaments de verre. La présente invention a pour objet un dispositif de fabrication d'un fil composite dans lequel la vitesse de rotation des tambours et la vitesse des filaments thermoplastiques lorsqu'ils entrent en contact avec les filaments de verre sont automatiquement synchronisés. La présente invention a pour objet un dispositif de fabrication d'un fil composite dans lequel la synchronisation automatique des vitesses considérées peut être effectuée quelles que soient la nature du thermoplastique employé et la vitesse adoptée pour l'étirage des filaments thermoplastiques. Ces objectifs sont atteints par un dispositif pour la fabrication d'un fil composite formé par l'association de filaments continus de verre et de filaments continus de matière organique thermoplastique comprenant d'une part au moins une filière, alimentée en verre, dont la face inférieure est munie d'une multiplicité d'orifices à partir desquels sont étirés une multiplicité de filaments de verre, associée à un dispositif enducteur, d'autre part au moins une tête de filage alimentée en matière organique thermoplastique fondue, dont la face inférieure est munie d'une multiplicité d'orifices à partir desquels sont étirés une multiplicité de filaments organiques, ladite tête étant associée à un dispositif d'étirage comprenant au moins deux tambours et à un dispositif venturi projetant les filaments organiques dans la nappe formée par les filaments de verre, et des moyens, communs à la filière et à la tête de filage, permettant l'assemblage et l'étirage du fil composite, par exemple par un dispositif de bobinage tel qu'un bobinoir muni de broches, dans lequel un dispositif optique de détection de la nappe de filaments thermoplastiques défilant dans une zone déterminée est disposé entre le dispositif d'étirage à tambour et le dispositif venturi, ledit dispositif optique étant relié à un circuit commandant la vitesse de rotation dont au moins un des tambours. Ce dispositif de détection comprend au moins deux détecteurs placés sur un support à des hauteurs différentes qui définissent les limites d'une zone dans laquelle ladite nappe peut se déplacer pendant l'opération d'étirage des filaments thermoplastiques. Dans ce dispositif de détection, les détecteurs peuvent être disposés d'un seul côté de la nappe de filaments. Chaque détecteur comprend un émetteur et un récepteur, le premier émettant un faisceau lumineux en direction de la nappe, le second recevant au moins une partie de la lumière réfléchie par les filaments rencontrant ledit faisceau. Les détecteurs peuvent être également constitués d'émetteurs et de récepteurs disposés de part et d'autre de la nappe ; chaque émetteur coopère alors avec un récepteur qui reçoit ou non le faisceau lumineux qu'il émet, selon l'absence ou la présence de filaments dans la zone traversée par ledit faisceau. Les émetteurs utilisés émettant de préférence, un faisceau lumineux par pulsations régulières. La reconnaissance de ces pulsations par les récepteurs permet de réduire, voire d'éliminer les signaux parasites susceptibles d'être enregistrés par lesdits capteurs en provenance d'autres sources lumineuses que lesdits émetteurs. La reconnaissance par chaque récepteur de la présence ou de l'absence de filaments dans son champ d'examen est transmise à un amplificateur qui envoie un signal binaire à un automate. Cet automate possède une sortie de commande analogique ou digitale qui est reliée à l'entrée de la consigne de vitesse du dispositif de commande du ou des moteurs assurant la rotation des tambours d'étirage. Suivant la position plus ou moins tendue de la nappe de filaments entre le dernier tambour d'étirage et le dispositif venturi, les détecteurs transmettent périodiquement à l'automate, via l'amplificateur, une série de signaux binaires. Selon la nature de ces signaux, L'automate commande l'augmentation ou la diminution de la vitesse du ou des moteurs assurant la rotation des tambours d'étirage. Afin d'éviter des alternances ininterrompues d'accélération et de décélération des constantes de temps peuvent être introduites dans le circuit de commande, les augmentations et les diminutions de vitesse du ou des moteurs étant précisément réglées. On constitue ainsi une véritable boucle de régulation de la tension de la nappe. La description détaillée ci-après permettra de mieux comprendre les avantages de la présente invention. Cette description est illustrée par des figures selon lesquelles e la figure 1 représente une vue schématique d'un dispositif de détection de la nappe des filaments thermoplastiques et du circuit de commande de leur vitesse d'étirage dans le cadre d'une installation de fabrication d'un fil composite, . les figures 2A, 2B, 2C représentent schématiquement des vues de face et de côté d'un premier mode de réalisation du dispositif d'étirage de la nappe de filaments thermoplastiques, . les figures 3A et 3B représentent schématiquement un deuxième mode de réalisation du dispositif d'étirage de la nappe de filaments thermoplastiques, les figures 4A, 4B et 4C représentent schématiquement un troisième mode de réalisation du dispositif d'étirage de la nappe de filaments thermoplastiques. Le dispositif de détection représenté figure 1 est implanté dans une installation de fabrication d'un fil composite formé par l'association de filaments de verre et de filaments thermoplastiques continus. Cette installation comprend une filière alimentée en verre, dont la face inférieure est munie d'une multiplicité d'orifices à partir desquels sont étirés une multiplicité de filaments continus sous la forme d'au moins un faisceau 1 0. Ce faisceau passe sur un dispositif enducteur, symbolisé par le rouleau 11, alimenté en apprêt ou en ensimage. A son contact, les filaments de la nappe 10 se recouvrent de cet apprêt ou de cet ensimage. Cette installation comprend également une tête de filage, non représentée, d'où sont extrudés une multiplicité de filaments continus d'une matière organique thermoplastique, telle que du polypropylène. Ces filaments sont étirés sous la forme d'une nappe 1 2 à l'aide d'un dispositif 1 3 équipé de trois tambours moteurs 14, précédés et suivis des rouleaux de renvoi 1 5 et 1 6 qui permettent d'augmenter l'arc de contact de ladite nappe avec lesdits tambours. La nappe 1 2 passe ensuite sur un rouleau de guidage 17 avant de traverser un dispositif venturi 1 8 qui la projette dans le faisceau 10 des filaments de verre ensimés. L'ensemble des filaments du faisceau 10 et de la nappe 1 2 ainsi mêlés sont réunis par une roulette d'assemblage 1 9 en un fil composite 20. Ce fil 20 est bobiné, par exemple sous la forme d'un enroulement à flancs droits 21, sur la broche 22 d'un bobinoir à barillet 23. Les filaments de la nappe 1 2 sont étirés par les tambours 14, par exemple, à une vitesse V1 qui est supérieure à la vitesse V2 des filaments du faisceau 1 0 qui sont étirés par la broche 22. Comme cela a été exposé précédemment cet écart de vitesse permet de compenser le retrait des filaments thermoplastique qui intervient avant le bobinage du fil composite 20 sur la broche 22. Cet écart de vitesse est différent selon la nature de la matière organique thermoplastique utilisée et/ou les conditions d'étirage choisies. Le venturi 1 8 projette la nappe 1 2 à une vitesse qui est normalement identique à V. II en résulte que la tension de la nappe 12, entre les derniers organes mécaniques du dispositif 1 3 et le venturi 18, est très faible et pratiquement constante. Cette tension est si faible que la nappe 1 2 forme une chaînette sous l'action de son propre poids, entre le rouleau 1 6 et le rouleau 1 7. Aucun dispositif de contrôle de tension classique n'est adapté pour mesurer un niveau de tension aussi faible. Le dispositif selon l'invention comprend, dans le mode de réalisation illustré par la figure 1, quatre détecteurs dl, d2, d3 et d4, disposés à des hauteurs différentes qui délimitent une zone dans laquelle la nappe 1 2 peut se déplacer. Ces détecteurs sont fixés sur un support 24 placé entre les rouleaux 1 6 et 1 7. Chacun de ces détecteurs comprend un émetteur et un récepteur qui fonctionnent ensemble. Chaque émetteur émet un faisceau lumineux par pulsations. Lorsque ce faisceau rencontre les filaments de la nappe 12, une partie de la lumière est recueillie par le récepteur associé. L'information reçue par chaque récepteur est transformée séparément par les amplificateurs a1, a2, a3, a4 qui transmettent un signal binaire à un automate. Cet automate possède une sortie de commande (analogique ou digitale) qui est reliée à l'entrée de consigne extérieure de vitesse d'un convertisseur de fréquence pour la commande des moteurs actionnant les tambours 14. L'automate analyse en permanence l'état logique des détecteurs et grâce à un programme, règle la vitesse de rotation des tambours 1 4 afin de maintenir la tension de la nappe 1 2 à une valeur minimale comme le montre l'exemple suivant : lorsque la nappe 1 2 est tendue, seul le détecteur d1 décèle sa présence ; L'automate enregistre cette situation et commande l'accélération des moteurs. La nappe 1 2 arrive alors au niveau de d2 ; L'automate commande une accélération plus faible que la précédente. La nappe arrive au niveau de d3 ; L'automate commande une stabilisation de la vitesse des moteurs. Si la nappe 1 2 se détend encore, le détecteur d4 enregistre sa présence ; L'automate commande une décélération des moteurs, ce qui a pour effet de prendre un léger retard sur la vitesse de bobinage du fil 20 et de retendre la nappe 12. Afin d'éviter que les accélérations soient continûment suivies de décélération et réciproquement, le programme régissant l'automate peut comprendre des constantes de temps et les accélérations et décélérations peuvent être quantifiées. Le dispositif selon l'invention est mis en oeuvre de préférence avec un bobinoir comprenant plusieurs broches, du type bobinoir à barillet 23. Cela permet de réaliser des enroulements successifs sans interrompre les opérations d'étirage des filaments de verre et des filaments organiques thermoplastiques. L'opération de transfert est effectuée d'une manière connue en soi lorsque l'enroulement 21 atteint la dimension voulue, le fil 20 est écarté vers l'extrémité libre de la broche 22 sur laquelle il s'enroule, la broche 22a étant mise en rotation, le barillet 25 opère une demie rotation de manière que ladite broche prenne la place de la broche 22. Le fil 20 s'enroule alors sur l'extrémité libre de la broche 22a avant de reprendre son trajet initial pour réaliser un nouvel enroulement. Ce transfert s'accompagne de variations brutales de la vitesse de la nappe 12, préjudiciables à la bonne marche de l'installation. Un premier mode de réalisation, illustré par les figures 2A, 2B, 2C, permet de réduire considérablement ces variations. La figure 2A montre un dispositif d'étirage 26 muni de trois tamboursmoteurs 27, 28 et 29 entraînant la nappe de filaments thermoplastiques 30. La figure 2B montre le dispositif d'étirage 26 ainsi que les tambours 27 et 28 sur lesquels la nappe de filaments 30 est en position d'étirage. Ces tambours sont munis à leur extrémité libre de cylindres fous 31 et 32. Le tambour 29, non représenté, est équipé également d'un cylindre fou. Dès le début de l'opération de transfert, la nappe 30 est mise en contact avec les cylindres fous, comme le représente la figure 3C. Cette opération peut résulter soit du déplacement latéral de la nappe 30 au moyen d'un dispositif non représenté, soit du déplacement latéral de l'ensemble du dispositif 26 monté sur des glissières non représentées. La nappe 30 est alors uniquement entraînée par les filaments 1 0 en cours d'étirage. L'automate, relié par un circuit au bobinoir 23, reçoit l'information de début et de fin de l'opération de transfert. Le signal du début de l'opération a pour effet de mettre hors-circuit les détecteurs de présence de la nappe et de donner aux moteurs commandant les tambours une consigne de vitesse de rotation inférieure à la vitesse d'étirage normale. Le signal de la fin de l'opération de transfert a pour effet de réactiver les détecteurs et d'augmenter la vitesse de rotation des tambours jusqu'à la vitesse d'étirage normale. Un deuxième mode de réalisation du dispositif selon l'invention permet également de réduire les variations brutales de vitesse lors de l'opération de transfert. Ce deuxième mode de réalisation est illustré par les figures 3A et 3B. La figure 3A représente un dispositif d'étirage 33 muni de cinq tamboursmoteurs 34, 35, 36, 37 et 38 entraînant la nappe de filaments thermoplastiques 39. Dans ce dispositif, en état de marche, les tambours 34, 36 et 38 en position haute sont disposés en alternance avec les tambours 35 et 37 en position basse, le dispositif de détection 40 de la nappe étant en fonctionnement. La figure 3B montre le même dispositif pendant l'opération de transfert. Le signal du début de l'opération transmise à l'automate a pour effet de commander la translation verticale des tambours 35 et 37 le long des glissières 41 et 42. En fin de translation, la nappe 39 est libérée et touche uniquement la partie supérieure des tambours 34, 36 et 38. Le signal de la fin de l'opération de transfert a pour effet de commander le retour des tambours à leur position initiale. Comme précédemment ces signaux, ont pour effet de mettre hors-circuit puis de réactiver le dispositif de détection 40 et d'imposer aux moteurs commandant les tambours différentes vitesses de rotation. Un troisième mode de réalisation du dispositif selon l'invention permet de réduire les variations brutales de vitesse lors de l'opération de transfert. Ce troisième mode de réalisation est illustré par les figures 4A, 4B et 4C. La figure 4A représente un dispositif d'étirage 43 muni de deux tambours-moteurs 44 et 45, montés sur un barillet 46. Cette figure représente ce dispositif en position d'étirage normal. Un rouleau de guidage 47 est placé en amont du dispositif 43 de manière à augmenter l'arc de contact de la nappe de filaments 48 avec le tambour 44. En aval, le dispositif de détection 49 est en fonctionnement. La figure 4B représente le dispositif 43 pendant l'opération de transfert. Le signal de début de l'opération transmise à l'automate a pour effet de commander la rotation du barillet 46 de manière à libérer complètement la nappe 48. Le signal de la fin de l'opération de transfert a pour effet de commander la rotation du barillet 46 en sens inverse de manière à rétablir les tambours 44 et 45 dans leur position initiale. Dans une variante, il est possible d'imposer au barillet 46 une rotation plus limitée de la nappe avec les tambours 44 et 45. Cette variante à l'avantage de réduire la tension imposée à la nappe 48 et permet d'utiliser une série de dispositifs d'étirage tels que représentés figure 4C. L'installation représentée par cette figure comporte trois dispositifs 50, 51 et 52 montés en série. Chacun de ces dispositifs comprend deux tamboursmoteurs 53, chaque paire de tambours étant montée sur un barillet 54. La figure 4C montre l'installation en position d'étirage normal, avec en amont du dispositif 50 un rouleau de guidage 55 et, en aval du dispositif 53, un dispositif de détection 56. Le fonctionnement des dispositifs précédemment décrit à l'occasion d'une opération de transfert du fil composite d'une broche sur une autre, est le même lorsqu'il s'agit d'amorcer l'étirage des filaments organiques ou de la relance de leur étirage interrompu pour une raison ou pour une autre. Un ou plusieurs des tambours des dispositifs d'étirage peuvent être munis d'éléments chauffants susceptibles de porter leur surface à une température déterminée, ces éléments sont susceptibles d'être commandés individuellement, afin de pouvoir régler séparément la température à laquelle la surface de chaque tambour sera portée. Le traitement thermique subi par la nappe de filaments lors de son contact avec la surface desdits tambours permet de stabiliser, au moins en partie, la modification structurale du polymère intervenue lors de son étirage sous la forme de filaments. Dans ce mode de réalisation, la vitesse d'étirage conférée aux filaments organiques thermoplastiques peut être à peine supérieure voire égale à celle des filaments de verre auxquels ils sont associés. Bien que le phénomène de retrait apparaissant sur les filaments organiques thermoplastiques soit réduit, voire même supprimé du fait de ce traitement thermique, le dispositif de détection de la nappe conserve tout son intérêt puisque sa fonction essentielle est de maintenir sa tension à la valeur la plus faible et la plus constante possible, quelle que soit la vitesse d'étirage de ladite nappe. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la fabrication d'un fil composite formé par l'association de filaments continus de verre et de filaments continus de matière organique thermoplastique comprenant d'une part au moins une filière, alimentée en verre, dont la face inférieure est munie d'une multiplicité d'orifices à partir desquels sont étirés une multiplicité de filaments de verre, associée à un dispositif enducteur, d'autre part au moins une tête de filage alimentée en matière organique thermoplastique fondue, dont la face inférieure est munie d'une multiplicité d'orifices à partir desquels sont étirés une multiplicité de filaments organiques, ladite tête était associée à un dispositif d'étirage comprenant au moins deux tambours et à un dispositif venturi projetant les filaments organiques dans la nappe formée par les filaments de verre, et des moyens, communs à la filière et à la tête de filage, permettant l'assemblage et l'étirage du fil composite, par exemple par un dispositif de bobinage tel qu'un bobinoir muni de broches, dans lequel un dispositif optique de détection de la nappe de filaments thermoplastiques défilant dans une zone déterminée est disposé entre le dispositif d'étirage à tambour et le dispositif venturi, ledit dispositif optique étant relié à un circuit commandant la vitesse de rotation dont au moins un des tambours. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de détection de la nappe de filaments thermoplastiques comprend au moins 2 détecteurs placés sur un support à des hauteurs différentes qui définissent les limites d'une zone dans laquelle ladite nappe peut se déplacer pendant l'opération d'étirage des filaments thermoplastiques. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les détecteurs sont disposés d'un seul côté de la nappe et sont munis chacun d'un émetteur, susceptible d'émettre un faisceau lumineux, et d'un récepteur susceptible de recevoir au moins une partie de la lumière réfléchie par les filaments thermoplastiques rencontrant ledit faisceau. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les détecteurs sont constitués d'émetteurs et de récepteurs disposés de part et d'autre de la nappe de filaments thermoplastiques et coopérant par paire. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les émetteurs émettent un faisceau lumineux par pulsations régulières. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les récepteurs des détecteurs sont reliés, via un amplificateur, à un automate dont la sortie est reliée au dispositif de commande du ou des moteurs commandant la vitesse de rotation des tambours. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'automate est relié au dispositif de bobinage par un circuit qui lui transmet l'information de début et de fin de l'opération de transfert du fil composite ou de l'opération de relance de l'étirage des filaments thermoplastiques. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'automate est régi par un programme qui commande la mise hors-circuit du dispositif de détection, la variation de la vitesse de rotation des tambours et le déplacement éventuel desdits tambours au début et à la fin de l'opération de transfert du fil composite ou de l'opération de relance de l'étirage des filaments thermoplastiques. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'extrémité libre des tambours du dispositif d'étirage comporte un cylindre fou monté sur l'axe de chacun desdits tambours. 1 0. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le dispositif d'étirage à tambours est mobile et susceptible de s'écarter et de se rapprocher latéralement du trajet suivi par la nappe de filaments thermoplastiques. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que, lors de l'opération de transfert du fil composite ou lors de l'opération de relance de l'étirage des filaments thermoplastiques, ledit dispositif s'écarte jusqu'à ce que la nappe de filaments thermoplastiques viennent en contact avec les cylindres fous puis reprend sa position initiale à l'issue de ladite relance ou dudit transfert. 1 2. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les tambours du dispositif d'étirage sont montés sur au moins un barillet susceptible de tourner autour d'un axe parallèle à l'axe de rotation desdits tambours. 1 3. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que, lors de l'opération de transfert ou de relance, le barillet tourne afin d'écarter les tambours de la nappe de filaments thermoplastiques au début de ladite opération, reprenant sa position initiale à l'issue de ladite opération. 1 4. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les tambours du dispositif d'étirage sont montés sur un bâti fixe, I'un au moins des tambours étant susceptible de se déplacer perpendiculairement à la nappe de filaments thermoplastiques. 1 5. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que, lors de l'opération de transfert ou de relance, au moins un des tambours s'écarte de la nappe de filaments thermoplastiques au début de l'opération puis revient à sa position initiale à l'issue de ladite opération. 1 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9, 1 2 et 14, caractérisé en ce qu'un ou plusieurs des tambours du dispositif d'étirage sont susceptibles d'être chauffés afin de stabiliser la structure des filaments thermoplastiques. 1 7. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que le dispositif d'étirage comprend plusieurs tambours munis d'un moyen de chauffage, chacun des moyens étant susceptible d'être commandé individuellement de manière à régler séparément la température à laquelle la surface de chaque tambour sera portée.