Brevet FR2806744A1 — publié le 20010928

DISPOSITIF DE FABRICATION CONTRÔLÉE DE PAPIER La présente invention concerne la fabrication d'échan tillons de papier et plus particulièrement un dispositif permettant de fabriquer des échantillons de papier de maniere contrôlée et progranmiable. La figure 1 représente schématiquement une vue en coupe d'un dispositif d'égouttage de suspension fibreuse d'une machine papier industrielle. Une toile d'égouttage 3 susceptible d'être traversée par de l'eau et formant une bande continue est mainte nue et entraînée à vitesse constante par des rouleaux 5 de manière à former notamment un tronçon rectiligne horizontal 7. De la suspension fibreuse 9, composée principalement de fibres, de charges destinées à conférer certaines propriétés au papier, d'additifs chimiques et d'eau, est étendue continûment sur toute la largeur de la toile au début du tronçon rectiligne 7. Divers dispositifs destinés à favoriser l'égouttage sont placés au contact de la face inférieure de la toile 3 au niveau du tronçon rectiligne 7. Un premier dispositif est consti tué d'une succession de profilés ou "racles" 11 venant en contact avec la face inférieure de la toile. Quatre profilés 11 seulement ont été représentés, mais ce nombre sera en réalité bien plus élevé. Un second dispositif est une caisse aspirante dite "humide" 13 qui soumet la face arrière de la toile à une dépres- Sion. caisse aspirante humide 13 est suivie 'une caisse aspirante sous vide 15, qui soumet la face inférieure de la toile à une depression produite par une pompe à vide. Classiquement, après être passée au-dessus de la première caisse aspirante, la suspension fibreuse est suffisamment égouttée pour sa surface ne soit plus mouillée. On dit alors que la "ligne d'eau" est franchie. Lorsqu'elle atteint la fin du tronçon rectiligne, la suspension fibreuse est égouttée et forme une feuille suffisam ment seche pour pouvoir être séparée de la toile d'egouttage et entraînée vers un dispositif de pressage et de séchage non repré senté. A titre d'exemple, l'épaisseur de la suspension fibreuse est de à 20 millimètres au début de son égouttage et de 1 millimetre lorsqu'elle atteint la ligne d'eau. Les figures 2A et 2B représentent respectivement une vue en coupe d'un profilé 11 et une courbe illustrant les varia tions pression P imprimées à la face arrière de la toile par suite son défilement sur ce profilé. Le profile 11 a une section trapézoïdale. Sa face supérieure est disposée au contact de la surface inférieure de la toile 3, sur toute largeur de la toile. La face avant du profilé 11 est sensiblement perpendi culaire la surface de la toile 3. La face arrière profilé 11 fait un angle aigu avec la toile 3. Ce profilé, appelé "racle", est conçu pour que la suspension fibreuse étendue sur la toile 3 soit soumise respectivement à une surpression puis à une dépres sion lorsqu'elle arrive au niveau des faces avant et arrière du profilé. Lorsque la suspension fibreuse est soumise à la surpres sion, elle subit des changements tels qu'un réarrangement de ses fibres. Lorsque la suspension fibreuse est soumise à la dépres sion, eau est aspirée et son épaisseur diminue. Les valeurs de la surpression et de la dépression produites par le profilé 11 dépendent de nombreux facteurs tels que la porosité de la toile, la vitesse d'entraînement, ou la forme du profilé 11. Ainsi, la courbe la figure 2B n'est donnée qu'à titre d'indicatif. Notamment la valeur de la surpression a été volontairement exagérée. La figure 3A illustre le passage de la toile 3 sur un rouleau 11'. La figure 3B illustre les variations de la pression P' imprimée par le rouleau 11' à la face arrière de la toile 3. La figure 4 représente de façon très schématique la courbe d'égouttage du dispositif de la figure 1, c'est-à-dire l'évolution dans le temps de la hauteur H de la suspension fibreuse 9 égouttée dans ce dispositif. A un instant tp, la suspension fibreuse est déposée à la surface de la toile. L'eau de la suspension commence traverser la toile 3 et la hauteur H de la suspension diminue. A des instants t1, t2, t3 et t4, la suspension arrive au niveau respectivement des premier, deuxième, troisième et quatrième profilés 11. Les dépressions introduites par les profilés il produisent chacune une aspiration de l'eau et une diminution de la hauteur de suspension. Les surpressions introduites par les profilés, faibles, ne produisent pas une augmentation notable de la hauteur de la suspension et elles ne sont pas visibles sur la courbe d'égouttage. A un instant t5, la suspension arrive au niveau de la caisse aspirante humide 13, qui entraîne une diminution de la hauteur de la suspension fibreuse. A un instant t6, la suspension fibreuse arrive au niveau de la caisse aspirante sèche 15 qui supprime une grande partie de l'eau encore contenue entre les fibres du papier, mais sans que la hauteur de la feuille humide diminue sensiblement. L'allure de la courbe d'égouttage dépend de nombreux facteurs, tels que la nature de la suspension fibreuse, les valeurs des dépressions et surpressions auxquelles est soumise la suspension fibreuse, et la qualité de la toile d'égouttage. Le processus de l'égouttage de la suspension fibreuse dans une machine à papier est un élément déterminant des caractéristiques et du coût global de la fabrication du papier. De plus, lors de l'égouttage, l'eau retirée de la suspension fibreuse entraîne classiquement de nombreux éléments tels que les fibres et les charges ou autres additifs. Ces pertes déterminent la composition du papier, obligent à un recyclage important des eaux d'égout tage, et jouent donc sur le coût de fabrication. Ainsi, il existe un besoin pour un dispositif de test qui permet de fabriquer des échantillons de papier et d'étudier les caractéristiques de l'égouttage de la suspension fibreuse lors de cette fabrication. On notera que la vitesse de fabrication du papier joue un rôle déterminant, par exemple sur la quantité d'éléments entraînés par l'eau lors de l'égouttage. Ainsi, un dispositif de test doit permettre de former un échantillon de papier à une vitesse comparable à une vitesse réelle. A titre d'exemple, une opération d'égouttage classique peut ne prendre que quelques dizaines de millisecondes. La figure 5 représente un dispositif standard 17 per mettant de fabriquer des échantillons de papier à partir de suspension fibreuse. Le dispositif 17 comprend un récipient 19 destiné à recevoir la suspension fibreuse, dont le fond est constitué d'un filtre 21 formé d'une pièce de toile d'égouttage. Le filtre 21 constitue le sonnet d'une chambre 22. La chambre 22 est reliée par un conduit obturable 23 à une source de vide, non représentée pour des raisons de clarté. Un conduit de vidange 25 obturable permet d'évacuer l'eau recueillie dans la chambre 22. Pour former un échantillon de papier, un volume de sus pension fibreuse 9, fortement diluée est réparti sur toute la surface du filtre 21, puis le vide est fait dans la chambre 22 de manière à forcer l'égouttage de la suspension fibreuse 9. L'eau d'égouttage 27 recueillie dans la chambre 22 est récupérée et sa composition peut être étudiée. La figure 6 illustre la courbe d'égouttage d'un dispo sitif tel que celui de la figure 5. La suspension fibreuse est déposée sur la toile à un instant t7. A un instant t8, une dépression est établie dans la chambre 22, et l'eau de la suspension fibreuse y est aspirée. Cette courbe d'égouttage ne correspond pas à la courbe d'égouttage d'une machine à papier, et elle ne permet donc pas de former des échantillons de papier dans des conditions comparables aux conditions de fabrication réelles. En conséquence, le dispositif de test de la figure 5 ne peut fournir que des résultats partiels. On a essayé d'améliorer ces dispositifs en travaillant avec des suspensions concentrées et en prévoyant éventuellement deux générateurs de vide qui génèrent chacun une dépression différente, afin de soumettre les échan tillons à un égouttage qui suit une progression plus proche la courbe d'égouttage d'une machine à papier, comme l'illustre la figure 7. On est toutefois encore très loin de reproduire les caractéristiques d'égouttage d'une machine industrielle. Ainsi, un objet de la présente invention est de prevoir un dispositif de fabrication d'échantillons de papier qui permet de se rapprocher au mieux de la courbe d'égouttage d'une machine à papier de type industriel. Un autre objet de la présente invention est de prevoir un tel dispositif qui reproduit de manière programmable de telles courbes d'égouttage. Pour atteindre ces objets, la présente invention pré voit un dispositif de fabrication contrôlée d'échantillons de papier à partir d'une suspension fibreuse, comprenant un réci pient dont le fond est constitué d'un filtre qui est propre à l'égouttage la suspension fibreuse et qui constitue le sommet d'une chambre qui comprend une arrivée d'eau qui permet de remplir la chambre, et un piston commandable qui permet de faire varier le volume de la chambre lorsqu'elle est remplie d'eau. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif comprend un calculateur propre à commander le déplacement piston, et un capteur de mesure du déplacement du piston, relié au calculateur. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la chambre est munie d'un capteur de pression relié au calcula teur. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'arrivée d'eau est commandée par le calculateur. La présente invention vise également un procédé de fabri cation contrôlée d'échantillons de papier au moyen d'un des dispositifs précédents, qui comprend les étapes consistant à remplir d'eau la chambre jusqu'à submerger le filtre, disposer uniformément la suspension fibreuse sur toute la surface filtre et actionner le piston de manière à augmenter le volume de la chambre selon une séquence prédéterminée. Selon un mode de réalisation de la présente invention l'étape consistant à remplir la chambre d'eau jusqu'à submerger le filtre comprend notamment les étapes consistant à actionner piston de manière que le volume de la chambre soit maximal remplir la chambre d'eau jusqu'à toucher le filtre, réduire progressivement le volume de la chambre en actionnant le piston, de manière que l'eau traverse le filtre en chassant toute bulle d'air eventuellement présente sur la surface inférieure du filtre et supprimer l'eau qui a traversé le filtre, de manière à ne laisser qu'une mince pellicule d'eau à la surface supérieure filtre. Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parnai lesquelles la figure 1, précédemment décrite, représente schémati- quement une vue en coupe d'un dispositif d'égouttage d' machine à papier industrielle ; les figures 2A et 2B représentent respectivement vue en coupe d'un profilé destiné à faciliter l'égouttage dans le dispositif de la figure 1, ainsi que les variations de pression imprimées par ce dispositif à la suspension fibreuse ; les figures 3A et 3B, précédemment décrites, représen tent respectivement une vue en coupe d'un rouleau du dispositif de la figure 1 et les variations de pression qu'il imprime à la suspension fibreuse ; la figure 4, précédemment décrite, illustre schémati quement une courbe d'égouttage de la suspension fibreuse dans une machine à papier industrielle ; la figure 5, précédemment décrite, représente schémati- quement une vue en coupe d'un dispositif classique de fabrication d'echantillons de papier ; la figure 6, précédemment décrite, illustre courbe d'egouttage obtenue avec le dispositif de la figure 5 ; la figure 7, précédemment décrite, illustre courbe d'egouttage obtenue avec une variante du dispositif de la figure 5 la figure 8 représente schématiquement une vue en coupe d'un dispositif de fabrication d'échantillons de papier selon la presente invention ; et les figures 9A à 9F illustrent les étapes de la fabri cation d'un échantillon de papier au moyen du dispositif de la figure 8. Selon la présente invention, on prévoit un dispositif de fabrication d'échantillons de papier simulant des conditions de fabrication industrielles avec des variations de pression similaires à celles auxquelles est soumise la suspension fibreuse une machine à papier. La figure 8 représente schématiquement une vue coupe 'un dispositif 30 de fabrication contrôlée d'échantillons de papier selon un mode de réalisation de la présente invention. De mêmes références représentent de mêmes éléments qu'en figure 5. Le dispositif 30 comprend un récipient 19 dont le fond cons titué d'un filtre 21 propre à l'égouttage de la suspension fibreuse 9. Le filtre 21, qui peut être une pièce de toile d'égouttage, constitue le sommet d'une chambre 32 dont le volume peut être modifié par un piston commandable 34. La chambre 32 comporte une arrivée d'eau 36. Un calculateur 38 est connecté de manière à commander le piston 34 et l'arrivée d'eau . Un cap teur de position 40 relié au calculateur 38 est disposé de manière à mesurer le déplacement du piston 34, permet un asservissement du piston. Un capteur de pression 42 relié au calculateur 38 est disposé de manière à mesurer la pression dans la chambre 32. Un conduit de vidange 43 obturable débouche dans la paroi du piston 34. Le fonctionnement du dispositif 30 de la figure 8 va maintenant être décrit en relation avec les figures 9A 9F. En figure 9A, le piston 34 est en position basse. La chambre 32 est remplie d'eau jusqu'à ce que l'eau pénètre au fond du récipient 19 à travers le filtre 21. La figure 9B représente le dispositif 30 après ferme ture de l'arrivée d'eau 36 et mise du piston 34 en position haute. Le mouvement du piston 34 a fait monter l'eau à travers le filtre 21, et a chassé d'éventuelles bulles d'air 44. La figure 9C représente le dispositif 30 après élimina tion de l'eau située au-dessus du filtre 21, au fond du récipient 19, de manière à ne laisser qu'une mince pellicule d'eau à la surface superieure du filtre 21. Cette élimination est effectuée par l'intermédiaire du conduit 43. La figure 9D représente le dispositif 30 après une répartition uniforme de suspension fibreuse 9 à la surface du filtre 21. 'eau contenue dans la chambre 32 empêche l'eau conte nue dans la suspension fibreuse de s'écouler à travers le filtre. La figure 9E représente le dispositif 30 après une des cente du piston 34, c'est-à-dire une augmentation du volume de la chambre 32. Cette augmentation du volume de la chambre 32 crée une dépression au niveau du filtre 21, qui aspire l'eau de la suspension fibreuse à travers le filtre. La valeur de cette dépression dépend de la vitesse et de l'amplitude du mouvement du piston, et une commande adéquate du piston 34 par le calculateur 38 permet de reproduire n'importe quelle dépression ou surpres sion imprimée par un dispositif destiné à favoriser l'égouttage dans une machine industrielle. Tant que de l'air ne pénètre pas dans la chambre 32, c'est-à-dire que la ligne d'eau n'est pas atteinte, la vitesse d'égouttage de la suspension à travers le filtre est une fonction directe de la vitesse de descente du piston dans la chambre 32. Les informations de pression et de déplacement sont enregistrées en temps réel par les capteurs 42 et 40 par le calculateur 38 pour determiner des caractéristiques hydrodynamiques d'égouttage de la suspension fibreuse testée. La figure 9F représente le dispositif 30 après la des cente complète du piston 34, au delà de la position du piston dans laquelle la ligne d'eau est franchie. Un tel déplacement du piston a aspiré dans la chambre 32 de l'eau encore contenue dans la feuille humide 9, et de l'air. Le conduit de vidange 43, permet de recueillir l'eau d'égouttage de la suspension fibreuse 9 en vue de l'analyser. Une succession adéquate commandes du piston 34 par le calculateur 38 permet de simuler une succession de dépressions et de surpressions, et ainsi de reproduire la courbe d'égouttage d'une machine à papier. Un échantillon de papier humide produit par un dispositif selon la présente invention, et son eau d'égouttage, ont sensiblement les mêmes propriétés que s'ils avaient été produits dans des conditions industrielles. Les propriétés d'un papier fabriqué à partir d'une suspension fibreuse testée et les caractéristiques de son égouttage peuvent être mesurées directement, sans avoir recours à des calculs d'estimation ou d'interpolation. Ainsi, le dispositif selon la présente invention permet d'effectuer des tests dont les résul tats sont particulièrement fiables et faciles à exploiter. On a vu que la fabrication d'échantillons de papier avec une suspension fibreuse inconnue, dans un dispositif selon la présente invention utilisant une toile d'égouttage connue et simulant une machine à papier connue, permet d'évaluer le poten tiel d'égouttage et de rétention de cette suspension fibreuse. De même, la fabrication d'échantillons de papier avec une suspension fibreuse connue, dans un dispositif selon la présente invention utilisant une toile d'égouttage inconnue et simulant une machine à papier connue, permet d'évaluer les propriétés de cette toile d'égouttage. En outre, une programmation adéquate du calculateur 38 permet de simuler une machine à papier afin d'étudier ses perfor- mances pour divers types de pâtes à papier et de toile d'égouttage. Bien , la présente invention est susceptible de diverses modifications et variantes qui sont à la portée de l'homme de l' . On peut, selon une variante de la presente invention, relier la chambre 32 à une source de vide, de manière à reproduire 'effet d'une caisse aspirante. En outre, est possible de programmer le calculateur 38 de manière à produire d'autres types de courbes d'égouttage, par exemple des courbes d'égouttage rectilignes, qui peuvent être utilisées pour faci liter l'étude de certaines caractéristiques de la suspension fibreuse ou de la toile d'égouttage. Enfin, si un processus d'égouttage comporte des variations de pression trop rapides pour que le piston 34, de par son inertie, puisse les reproduire, le calculateur 38 peut être programmé pour que le piston imprime des variations de pression plus lentes mais qui ont sur l'égouttage un effet semblable à celui de la succession de ces variations trop rapides. REVENDICATIONS 1. Dispositif (30) de fabrication contrôlée d'échan tillons papier à partir d'une suspension fibreuse (9), comprenant un récipient (19) dont le fond est constitué d'un filtre ( ) qui est propre à l'égouttage de la suspension fibreuse et qui constitue le sommet d'une chambre (32) caractérisé en ce qu'il comprend arrivée d'eau (36) qui permet de remplir la chambre et piston (34) commandable qui permet de faire varier le volume de la chambre lorsqu'elle est remplie d'eau. 2. Dispositif de fabrication contrôlée d'échantillons de papier selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' comprend un calculateur (38) propre à commander le déplacement piston, un capteur (40) de mesure du déplacement du piston, relié au calculateur. Dispositif de fabrication contrôlée d'échantillons de papier selon la revendication 2, caractérisé en ce que chambre munie d'un capteur (42) de pression relié au calcula teur. Dispositif de fabrication contrôlée d'échantillons de papier selon les revendications 2 ou 3, caractérisé en ce l'arrivée 'eau (36) est commandée par le calculateur (38). 5. Procédé de fabrication contrôlée d'échantillons papier au moyen d'un dispositif (30) selon l'une quelconque des revendications précédentes, qui comprend les étapes consistant à . remplir d'eau la chambre (32) jusqu'à submerger le filtre (21), disposer uniformément la suspension fibreuse (9) sur toute la surface du filtre, et actionner le piston (34) de manière à augmenter volume de la chambre (32) selon une séquence prédéterminée. 6. Procédé de fabrication contrôlée d'échantillons papier selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'étape consistant à remplir la chambre (32) d'eau jusqu à submerger le filtre (21) comprend notamment les étapes suivantes actionner le piston (34) de manière que volume de la chambre soit maximal, remplir la chambre d'eau jusqu'à toucher filtre, réduire progressivement le volume de la chambre en actionnant piston, de manière que l'eau traverse le filtre en chassant toute bulle d'air éventuellement présente sur la surface inférieure filtre, et supprimer l'eau qui a traversé le filtre, de manière à ne laisser qu'une mince pellicule d'eau à la surface supérieure du filtre.