Brevet FR2921918A1 — publié le 20090410

FOND DE FILIERE ET FILIERE DELIVRANT DES FILAMENTS NOTAMMENT DE VERRE. L'invention concerne une installation de fibrage délivrant des filaments notamment de verre, et plus particulièrement concerne le renfort mécanique de la filière de l'installation de fibrage. De manière classique, une installation de fibrage comporte en fusion dite directe, un bloc de prise de verre (flow block) qui reçoit du verre fondu issu d'un canal relié au four dans lequel est obtenue la fusion du verre, un bloc intermédiaire (bushing block) et une filière (bushing). La filière est munie en fond d'une plaque pourvue d'une multitude d'orifices depuis lesquels s'écoule le verre fondu pour être étiré en une multiplicité de filaments. Ces filaments dont le diamètre peut généralement varier de 5 à 33 pm sont rassemblés en au moins une nappe qui converge vers un dispositif d'assemblage pour former au moins une mèche et être par exemple bobinée. Selon sa destination, la mèche peut aussi être coupée (fils coupés) ou projetée sur un tapis (mats à fils continus). Les produits obtenus sont utilisés principalement dans diverses applications de renforcement. La filière est généralement fabriquée en alliage de platine et de rhodium, matériaux électriquement conducteurs et résistants mécaniquement et chimiquement dans le temps à de très hautes températures. Cette filière est chauffée par effet Joule pour conditionner à une certaine température, de l'ordre de 1100 à 1400°C, le verre contenu dans la filière afin qu'il reste à l'état fondu pour être étiré depuis les orifices du fond de filière. Le chauffage de la filière est généralement réalisé à partir d'un transformateur électrique par la connexion, par exemple de deux terminaux situés chacun sur chacune des extrémités opposées de la filière, à des éléments de connexion électrique extérieurs à la filière. A l'intérieur de la filière, dans un plan sensiblement parallèle au fond de la filière et du côté du bloc intermédiaire, est disposée une grille destinée à conditionner thermiquement le verre et à absorber une partie de la pression hydrostatique exercée par le verre fondu. Le verre fondu exerce sur les éléments de la filière, que sont en particulier les côtés, la grille et le fond de la filière, une forte pression, de l'ordre de 6000 Pa. Au cours du temps, cette pression combinée au fluage à chaud des matériaux constitutifs de la filière et à la dilatation des éléments constitutifs de la filière, exercent des fortes contraintes sur les éléments de la filière et conduisent principalement à la déformation du fond de filière, engendrant des problèmes de régularité du titre de la mèche obtenue par fibrage ainsi que des problèmes de rendement et de qualité. En outre, les éléments extérieurs de connexion électrique reliés aux terminaux de la filière sont parfois suspendus à la filière, ce qui exerce une force mécanique de traction supplémentaire sur ladite filière, participant également à la déformation de la filière au cours du temps. De manière à s'opposer en partie à la déformation de la filière, il est connu d'ajouter dans la partie supérieure interne de la filière, entre la grille et le fond, et entre ses côtés, une pluralité d'éléments de renfort parallèles les uns aux autres et disposés dans des plans transversaux au plan du fond de filière et de manière transversale aux plus grands côtés de la filière. Dans la suite de la description, les termes supérieur et inférieur sont définis par rapport au sens de coulée du verre à travers la filière, le verre étant étiré depuis la partie supérieure vers la partie inférieure. Le brevet américain US 3 920 430 divulgue de tels éléments de renfort, chacun constitué d'une barre longitudinale creuse en métal résistant à de hautes températures, et d'un barreau en céramique logé dans la barre creuse. Ces éléments de renfort permettent certes d'améliorer la résistance au fléchissement de la filière, ils forment néanmoins des éléments rapportés qui, constitués généralement du même matériau résistant que celui de la filière, en platine ou même en platine allié de rhodium, alourdissent encore le poids de la filière. Or le poids de la filière reste une préoccupation première en raison de la cherté du matériau constitutif des éléments de la filière, le platine ou les platines alliés. Une autre solution de renfort consiste en un dispositif extérieur à la filière. Dans toute filière sont prévues des ailettes de refroidissement agencées entre les rangées d'orifices de délivrance des filaments, ces ailettes de refroidissement aident au refroidissement des bulbes de verre. Les ailettes peuvent également servir à supporter le fond de filière. Le fond repose ainsi sur ces ailettes avec cependant la présence d'un matériau intercalaire isolant thermique et électrique en céramique qui résiste aux fortes températures que subit le fond de filière. Le brevet américain US 5 312 470 montre une telle solution. Toutefois, malgré la présence du matériau isolant, le risque de points froids au niveau du fond de filière engendrés par le contact avec les ailettes de refroidissement subsiste, ce qui peut modifier l'équilibre thermique du fond de filière, conduisant à une modification du titre du produit final et à la dégradation des propriétés du produit. En outre, cette configuration ne permet pas la mise en oeuvre d'un système qui autorise la variation de hauteur des ailettes de refroidissement par rapport au fond de filière, afin de régler de manière fine l'équilibrage thermique dudit fond de filière. L'invention a pour but de fournir une solution différente de l'art antérieur qui garantit une résistance au fléchissement et à la déformation au cours du temps de la filière, tout en réduisant de manière significative le poids de la filière afin de favoriser des économies de matière première, et sans perturber la conduite de la filière tel que le réglage des ailettes de refroidissement, tout en procurant par ailleurs une facilité d'accueil des éléments de renfort de manière à aider au recyclage des matériaux constitutifs de la filière. Selon l'invention un fond de filière destiné à une filière délivrant des filaments de matériau fondu, notamment du verre, comporte une plaque qui présente une face intérieure et une face extérieure opposée à la face intérieure, une multitude d'orifices qui traversent la plaque et au travers desquels le matériau fondu est destiné à s'écouler, ce fond de filière étant caractérisé en ce que la plaque est profilée dans la masse, et comporte des cannelures qui font saillie par rapport à la face intérieure, chaque cannelure présentant une gorge dont l'ouverture est située dans le plan de la face extérieure. Un tel fond profilé de filière, qui est fabriqué dans un matériau hautement résistant à la chaleur, habituellement très coûteux tel que du platine ou du platine allié avec du rhodium, permet, bien qu'un ajout de matière soit effectif pour la réalisation des cannelures, de gagner de manière significative en quantité de matériau de fabrication par rapport à une filière classique qui, en particulier, intègre des raidisseurs dont le fourreau en platine est rapporté dans l'espace intérieur de la filière. Ce gain de matière permet des économies pécuniaires non négligeables dans le coût matière de la filière. Cette nouvelle configuration de fond de filière assure par ailleurs une facilité du recyclage de la filière, entraînant également des gains de coût. En effet, le matériau céramique des raidisseurs qui sera destiné à être logé dans les cannelures sera plus aisément dissociable du fond de filière, que dans l'art antérieur pour lequel en particulier le matériau céramique est totalement enveloppé dans des fourreaux en platine. Par ailleurs, le fond de filière indépendant des raidisseurs pourra lors du recyclage subir si nécessaire un traitement mécanique afin d'être réutilisable. En outre, la facilité de dissociation des raidisseurs de la filière permet de pouvoir changer ces raidisseurs en cours de vie de la filière si ceux-ci sont détériorés. Selon une caractéristique, les cannelures s'étendent selon la totalité de la plus petite extension de la plaque de fond de filière. Selon une autre caractéristique, la plaque comporte une pluralité de rangées d'orifices, et les cannelures sont parallèles aux rangées d'orifices en étant agencées entre ces rangées. De préférence, la plaque du fond de filière comporte des tétons qui sont agencés dans le prolongement des orifices et font saillie par rapport à la face extérieure de la plaque. Ces tétons sont rapportés contre la plaque, tels que par soudage, ou sont formés dans la plaque, tels que par emboutissage. Les cannelures de la plaque peuvent présenter diverses formes, et avoir par exemple une section de forme polygonale ou courbe. Selon l'invention, le fond de filière ci-dessus décrit fait avantageusement partie d'une filière. La filière comporte également des raidisseurs qui sont à base d'un matériau dont la résistance au fluage à chaud est supérieure à la résistance au fluage à chaud du matériau constitutif de la plaque, chaque raidisseur étant logé dans une gorge des cannelures du fond de filière. De préférence, les raidisseurs logés dans les cannelures ne font pas saillie par rapport à la face extérieure de la plaque du fond de filière, ce qui permet de ne pas gêner l'ajustement en hauteur d'ailettes de refroidissement par rapport à la face extérieure de la plaque du fond de filière. Selon une caractéristique, la plaque du fond de filière repose sur les raidisseurs sans y être fixée. Du fait qu'aucune solidarisation n'est effectuée entre la plaque du fond de filière et les raidisseurs, il est aisé de pouvoir, au cours de la vie de la filière, dissocier les raidisseurs du fond de filière pour changer si nécessaire des raidisseurs qui pourraient être endommagés. Selon une autre caractéristique, les raidisseurs présentent des extrémités libres qui sont en saillie des bords latéraux du fond de filière et qui sont portés par un système de maintien pour assurer au final la fixation de la filière dans l'installation de fibrage. Selon une variante de réalisation, le système de maintien consiste en un 15 matériau d'empaquetage du type béton qui enveloppe les extrémités des raidisseurs. Selon une autre variante, le système de maintien est associé aux extrémités libres des raidisseurs pour les soutenir, et notamment placé sous ces extrémités libres, et est formé d'une seule partie à la manière d'un cadre pour soutenir de la 20 sorte l'ensemble des raidisseurs de manière unitaire, ou bien est formé de plusieurs parties pour soutenir individuellement chaque raidisseur ou un groupement de raidisseurs. Ce dernier système de maintien qui ne fait que soutenir les raidisseurs peut être préféré car il autorise la dilatation des éléments de la filière sans engendrer 25 en contrepartie des contraintes. De préférence, les raidisseurs sont revêtus au moins en partie d'un matériau protecteur contre la corrosion. Enfin, l'invention est relative à un procédé de fabrication de filaments de matière étirable, notamment du verre, utilisant une filière telle que décrite ci- 30 dessus selon l'invention. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention vont à présent être décrits plus en détail en regard des dessins annexés sur lesquels : • La figure 1 illustre une vue en élévation d'une filière pourvue d'un fond de filière selon l'invention ; • La figure 2 est une vue de profil et de dessous de la figure 1; • La figure 3 montre une vue partielle de profil et de dessus du fond de filière selon l'invention; • Les figures 4 et 5 montrent des variantes de réalisation du fond de filière; • Les figures 6 et 7 illustrent des vues de profil de deux variantes respectives de réalisation du maintien d'un fond de filière selon l'invention. La figure 1 illustre une filière 1 destinée à faire partie d'une installation de fibrage comprenant notamment juste au-dessus de la filière un bloc intermédiaire 100, et encore au-dessus mais non illustré, un bloc de prise de verre. La filière 1 est apte à délivrer à partir, par exemple de verre fondu s'écoulant depuis le bloc intermédiaire 100, des filaments de verre. L'invention peut bien sûr s'appliquer à tous types de matériau fondu apte à être fibré, y compris de la matière thermoplastique. La filière est délimitée par un fond la, des parois 1 b et une grille 1c. Tel que visible également sur la figure 2, le fond de filière la comporte une plaque 10 de forme par exemple rectangulaire, des orifices 2 prolongés de préférence par des tétons 20, et des pièces de renfort 3 ou raidisseurs qui permettront au fond de filière de résister au cours du temps aux diverses contraintes subies. La plaque 10 présente deux faces opposées 11 et 12, respectivement nommées face intérieure et face extérieure. La face intérieure 11 est celle tournée vers l'espace intérieur de la filière, elle est destinée à recevoir la matière fondue. La plaque 10 est pourvue d'orifices traversants 2 au travers desquels est destinée à s'écouler la matière fondue. La face extérieure est celle externe à la filière et comporte les tétons percés 20 qui prolongent les orifices 2 et depuis lesquels est destinée à s'étirer la matière fondue sous forme de filaments. Les tétons 20 sont rapportés contre la plaque plutôt par soudage, ou bien sont formés dans la masse de la plaque, en particulier par emboutissage. La plaque et les tétons sont à base d'un matériau résistant à de hautes températures, généralement en platine, ou en un alliage de platine à base de rhodium. Les orifices 2 et les tétons 20 sont disposés sous forme d'une pluralité de rangées 21 qui s'étendent selon la plus petite extension de la plaque. La plaque 10 est selon l'invention profilée dans sa masse. De manière plus visible sur la figure 3, la face intérieure 11 comporte des cannelures 13 qui font saillie vers l'espace intérieur de la filière. Les cannelures 13 ménagent des gorges 14 qui présentent leur ouverture située dans le plan de la face extérieure 12. Chaque gorge 14 des cannelures accueille un raidisseur 3. Les cannelures 13 sont agencées en étant intercalés entre les rangées d'orifices pour ne pas s'opposer à l'écoulement du verre au travers de ces derniers. Les cannelures 13 qui logent les raidisseurs 3 s'étendent sur la totalité de la plus petite extension de la plaque 10 (figure 2). La fréquence des cannelures et leur disposition entre les rangées d'orifices, par exemple entre chaque rangée ou entre toutes les deux ou trois rangées, sont choisies en fonction de la grandeur du fond de filière et de la régularité thermique à fournir à ce fond de filière. La forme des cannelures 13 peut être variée, la section pouvant être polygonale, telle que rectangulaire comme présentée sur la figure 2, carrée, triangulaire (figure 4), trapézoïdale, ou être arrondie telle qu'en demi-cercle (figure 5). La forme sera de préférence adaptée en fonction de la résistance mécanique souhaitée, certaines formes s'y prêtant davantage, et/ou à la facilité de réalisation et/ou encore à la quantité de matériau nécessaire. Les raidisseurs 3 sont constitués d'un matériau dont la résistance au fluage à chaud est supérieure à la résistance au fluage à chaud du matériau constitutif de la plaque 10. Les raidisseurs sont par exemple des barreaux en céramique, de préférence revêtus d'une couche de protection contre la corrosion, telle que du platine. Le matériau en céramique peut par exemple de manière connue être de l'alumine, du nitrure de silicium, de la zircone, ou bien de type alliage ODS (Oxyde Dispersion Strengthened) à base de nickel, ou de fer ou de titane, ou encore de type alliage réfractaire à base notamment de tungstène, ou de molybdène ou de niobium. Les raidisseurs 3 se logent dans les gorges 14 des cannelures, de préférence sans faire saillie hors de la face extérieure 12, leurs extrémités libres 30 et 31 dépassant des bords latéraux 15 et 16 de la plaque 10. Le raidisseur présente de préférence une section sensiblement identique à la section interne de la gorge pour son insertion ajustée dans le logement. Les raidisseurs permettent de supporter le fond de filière la qui est simplement posé sur ceux-ci sans moyens de fixation supplémentaires. Pour assurer convenablement le portage du fond de filière, les extrémités libres 30 et 31 des raidisseurs dépassant du fond de filière sont destinées à être maintenues fermement en place dans l'installation de fibrage grâce à un système de maintien 4 adéquat. Le système de maintien 4 peut consister en un empaquetage des extrémités 30 et 31 des raidisseurs dans un cadre 40 de matériau rigide, tel que du béton. La figure 6 montre ce cadre 40 en partie découpé en rendant visibles les extrémités 30 de raidisseurs pour une meilleure compréhension. En variante, le système de maintien 4 peut consister en un dispositif de soutien qui est associé et par exemple placé sous les raidisseurs pour les soutenir. Le dispositif de soutien peut être formé d'une seule partie à la manière d'un cadre pour soutenir l'ensemble des raidisseurs de manière unitaire. Il peut selon une variante préférée être formé de plusieurs parties telles que des équerres 41 (figure 7) qui soutiennent un groupement de raidisseurs ou pourraient soutenir individuellement chaque raidisseur. REVENDICATIONS 1. Fond de filière (la) destiné à une filière délivrant des filaments de matériau fondu, notamment du verre, comportant une plaque (10) qui présente une face intérieure (11) et une face extérieure (12) opposée à la face intérieure, une multitude d'orifices (2) qui traversent la plaque, caractérisé en ce que la plaque (10) est profilée dans la masse, et comporte des cannelures (13) qui font saillie par rapport à la face intérieure (11), chaque cannelure (13) présentant une gorge (14) dont l'ouverture est située dans le plan de la face extérieure (12). 2. Fond de filière selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cannelures (13) s'étendent selon la totalité de la plus petite extension de la plaque. 3. Fond de filière selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la plaque comporte une pluralité de rangées (21) d'orifices (2), et les cannelures (13) sont parallèles aux rangées d'orifices en étant agencées entre ces rangées. 4. Fond de filière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque (10) comporte des tétons (20) qui sont agencés dans le prolongement des orifices (2) et font saillie par rapport à la face extérieure (12) de la plaque. 5. Fond de filière selon la revendication 4, caractérisé en ce que les tétons (20) sont rapportés contre la plaque, tels que par soudage, ou sont formés dans la plaque, tels que par emboutissage. 6. Fond de filière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les cannelures (13) présentent une section de forme 25 polygonale ou courbe. 7. Filière comportant un fond de filière selon l'une quelconque des revendications précédentes. 8. Filière selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comporte des raidisseurs (3) à base d'un matériau dont la résistance au fluage à chaud est 30 supérieure à la résistance au fluage à chaud du matériau constitutif de la plaque (10), chaque raidisseur étant logé dans une gorge (14) des cannelures (13) du fond de filière. 9. Filière selon la revendication 8, caractérisée en ce que les raidisseurs (3) logés dans les cannelures (13) ne font pas saillie par rapport à la face extérieure (12) de la plaque (10) du fond de filière. 10. Filière selon la revendication 8, caractérisée en ce que la plaque (10) du fond de filière repose sur les raidisseurs (3) sans y être fixée. 11. Filière selon la revendication 8, caractérisée en ce que les raidisseurs (3) présentent des extrémités libres (30, 31) qui sont en saillie des bords latéraux (15, 16) du fond de filière et qui sont portées par un système de maintien (4). 12. Filière selon la revendication 11, caractérisée en ce que le système de maintien (4) consiste en un matériau d'empaquetage (40) du type béton qui enveloppe les extrémités (30, 31) des raidisseurs. 13. Filière selon la revendication 11, caractérisée en ce que le système de maintien (4) est associé aux extrémités (30, 31) des raidisseurs (3), de préférence placé sous ces extrémités, et est formé d'une seule partie à la manière d'un cadre, ou bien est formé de plusieurs parties (41) pour soutenir individuellement chaque raidisseur ou un groupement de raidisseurs. 14. Filière selon l'une quelconques des revendications 8 à 13, caractérisée en ce que les raidisseurs (3) sont revêtus au moins en partie d'un matériau protecteur contre la corrosion. 15. Procédé de fabrication de filaments de matière étirable, notamment du verre, caractérisé en ce qu'il utilise une filière selon l'une quelconque des revendications 8 à 14.