Brevet FR2917755A1 — publié le 20081226

DISPOSITIF ET PROCEDE DE DEPOT D'UN SOLUTE SUR UN FIL METALLIQUE [001] L'invention concerne le domaine de fabrication des câbles et fils métalliques, et plus particulièrement l'étape au cours de laquelle on réalise un traitement de ces fils. [002] Il s'avère en effet utile, dans de nombreux procédés, de déposer à la surface du fil une couche d'épaisseur maîtrisée d'un produit donné, de manière à faciliter la mise en oeuvre du fil dans une étape ultérieure de fabrication. [003] C'est le cas par exemple lorsque l'on désire utiliser le fil comme fibre de renfort d'un matériau n'ayant pas les propriétés mécaniques désirées. Il est alors nécessaire de traiter le fil pour lui permettre d'adhérer parfaitement avec la matrice du matériau en question, en déposant un produit de liaison sur la surface du fil, de manière à rendre la coopération entre ces deux composants la plus efficace possible. Ce type d'application est couramment utilisé dans l'industrie du pneumatique ou encore dans l'industrie des plastiques renforcés. [004] Dans le cadre de la présente description, le terme fil doit être compris dans un sens tout à fait général, englobant un mono filament, un multi filament, un câblé ou un retors ou un assemblage équivalent, formé à partir d'un fil métallique. [005] Une des méthodes de dépôt d'un produit de liaison sur le fil consiste à diluer ou à rendre soluble le produit de traitement dans un solvant donné puis, dans une première phase du traitement à déposer le liquide sur la surface du fil et dans une deuxième phase à éliminer le solvant par vaporisation. [6] Une attention toute particulière doit alors être portée à la quantité précise de dépôt liquide formé à la surface du fil. Il importe en effet de s'assurer que la couche de liquide déposée, qui est généralement de faible épaisseur, soit la plus régulière possible pour s'assurer de la régularité des propriétés du fil sur toute sa longueur. [7] A cet effet, les techniques connues de mouillage ou d'enduction consistent à faire circuler le fil dans un bain liquide formé d'un solvant volatil contenant le soluté que l'on désire déposer. En trempant dans le bain, la solution liquide se dépose sur le fil. Le fil est ensuite séché de manière à extraire le solvant, et le soluté se dépose sur le fil. La phase de séchage s'effectue par un apport d'énergie thermique, venant généralement d'une source externe, à l'ensemble formé par le fil et par le liquide déposé à sa surface. [008] Il s'avère néanmoins que la maîtrise de la quantité de liquide déposée sur le fil peut varier, en raison par exemple des variations de vitesse de circulation du fil dans le bain ou d'une variation des caractéristiques rhéologiques de la solution. [9] Il résulte de ces variations que la quantité de soluté déposée sur le fil varie en proportion de manière plus ou moins importante. En effet, lors de l'évaporation progressif du solvant, le soluté va se concentrer dans les zones où le solvant est encore présent, à savoir dans les zones où les épaisseurs de liquide déposé sont plus importantes telles que les espaces entre les fibres ou les espaces entre les câblés lorsque le fil est composé de plusieurs retors. Lorsque l'on observe le fil au microscope, ce phénomène de reconcentration provoque des ménisques localisés à forte concentration de soluté, entre les cablés par exemple, et des zones dénuées de tout dépôt, sur le dos des fils par exemple., [10] L'invention a pour objet d'apporter une solution à ce problème, à savoir la recherche d'une meilleure homogénéité du dépôt sur la surface des fils, lorsque l'on cherche à traiter des fils métalliques. [11] Il a été mis en évidence que, lorsque l'on fait circuler le fil dans un bain de liquide puis que l'on augmente violemment la température du fil, on fait passer brutalement de la phase liquide à la phase gazeuse le liquide déposé sur sa surface. Le soluté laissé libre par la part de solvant qui s'est vaporisée se dépose alors sur la surface du fil, et l'onde de pression formée par les bulles de vapeur qui se développent à la surface du fil, éjecte le liquide en excès. On observe alors que le soluté présent à la surface du fil n'a pas été entraîné par le liquide éjecté, et que la quantité de dépôt de soluté correspond sensiblement à la part de soluté contenue dans le liquide qui s'est évaporé et qu l'on peut doser facilement en mesurant les quantités de liquide restituées et la prise de poids du fil. [12] Le dispositif de dépose d'un soluté sur un fil selon l'invention comprend des moyens de circulation du fil aptes à conduire le fil au travers dudit dispositif à une vitesse 30 donnée, des moyens de dépose d'une solution formée d'un solvant et dudit soluté, et un moyen de chauffage situé en aval du moyen d'enduction. Ce dispositif se caractérise en ce que ledit moyen de chauffage comprend des moyens aptes à vaporiser le solvant à la surface dudit fil, et à former des bulles de vapeur qui, en se dilatant, génèrent une impulsion de pression provoquant l'éjection du liquide restant à la périphérie dudit fil. [013] La description qui suit a pour objet de mettre en évidence le fonctionnement de l'invention en s'appuyant sur un mode de réalisation particulier et en s'appuyant sur les figures 1 et 2 dans lesquelles : - la figure 1 représente une vue schématique d'un dispositif selon l'invention, la figure 2 représente une vue schématique du fil au moment de la formation des 10 bulles de vapeur et de l'éjection du liquide. [14] La figure 1 montre un dispositif 1 selon l'invention, au travers duquel circule un fil 4. Des moyens de circulation du fil (non représentés) font circuler le fil dans la direction de la flèche C, Comme on le verra par la suite, et selon le mode de réalisation de l'invention faisant l'objet de la présente description il importe que le fil soit un bon 15 conducteur de l'électricité et peu sensible aux échauffements rapides, ce qui conduit, en première approche, à limiter le procédé et l'usage du dispositif aux fils métalliques. [15] Le fil traverse un moyen d'enduction 2 formé par un bain contenant un liquide 3 composé d'un solvant et d'un soluté. Le soluté peut se présenter sous forme ionique ou encore sous la forme d'une émulsion ou d'une dispersion de particules. 20 [016] En traversant le bain de liquide le fil est recouvert, d'une couche 31 de liquide 3. Le procédé d'enduction, connu en soi de l'état de la technique, peut être formé d'un bain dans lequel le fil circule horizontalement ou par un conduit vertical dans lequel le liquide circule à contresens de la direction de circulation du fil, comme cela est illustré à la figure 1. 25 [017] En sortie du bain, le fil 4 traverse un inducteur 5 dans lequel circule un courant électrique. L'inducteur porte brusquement le fil à une température très supérieure à la température de vaporisation du solvant. Ceci a pour effet, comme cela est illustré à la figure 2, de former des bulles de vapeur 32 à la surface du fil 4. La croissance rapide des bulles de vapeur 32 provoque l'éjection sous forme d'éclaboussures 33 du liquide 3 restant 30 à la périphérie du fil 4. Un système de récupération 21 permet de collecter l'excédent de liquide en vue de sa réutilisation dans le bain. [018] La puissance de l'inducteur 5 est réglée en fonction de la vitesse de circulation du fil, de manière à obtenir une température de surface apte à générer l'effet de flash permettant d'éjecter le liquide de la surface du fil. [019] Il est important que les bulles 32 se forment à partir de la surface du fil 4 de manière à ce que l'effet propulseur de la vapeur en expansion soit maximum. Aussi, la nature métallique du fil, dans lequel circule un courant induit dans la portion de fil située au passage de l'inducteur 5, a pour effet que le fil s'échauffe beaucoup plus rapidement que le liquide disposé à sa périphérie. La propagation thermique vers le liquide s'effectue 10 principalement par conduction depuis la surface du fil vers le liquide. [020] Afin d'améliorer l'efficacité de l'éjection, il est possible d'amener le liquide dans le bain à une température proche de la température de vaporisation du solvant de manière à ce que l'apport d'énergie provenant de l'inducteur puisse servir à la formation rapide des bulles de vapeur. 15 [021] Le dispositif faisant l'objet de la présente description présente également l'avantage de permettre une circulation du fil au sein du moyen de séchage sans que ledit fil soit en contact avec ledit moyen de chauffage 5. Ainsi, en plaçant judicieusement les moyens de guidage du fil en sortie du dispositif, il est possible d'éviter tout contact mécanique avec le fil susceptible de dégrader la formation du dépôt avant que le solvant 20 soit totalement évacué. [22] En sortie du dispositif à induction, la surface du fil 4 est pratiquement exempte de liquide. Seules subsistent quelques traces de liquide infiltrées dans la structure interne du fil. Il est alors possible de procéder au refroidissement et au séchage final du fil par évaporation des dernières traces de solvant. Le séchage final est réalisé, si nécessaire, à 25 l'aide de moyens connus (non représentés) tels qu'un balayage par un courrant d'air sec. Dans le cas général la température du fil en sortie de procédé est suffisante pour provoquer ,par inertie thermique, l'évaporation de ces traces de solvant 35. [23] La surface du fil 4 est recouverte d'une fine couche de soluté 34 correspondant sensiblement, en proportion des concentrations, à la quantité de solvant évaporée. Ainsi, la 30 quantité de soluté 34 déposée sur le fil dépend essentiellement de la concentration du soluté dans le liquide 3 de base et de la quantité de vapeur formée sous l'action de l'inducteur. Cette quantité de vapeur dépend des paramètres de réglage du procédé tels que la vitesse de circulation du fil ou encore de la puissance de l'inducteur. [24] On observe enfin, que ce procédé permet de déposer une quantité relativement constante de soluté à la surface du fil, quelle que soit la quantité de liquide emmenée par le fil à l'entrée du moyen de chauffage. En effet, en raison de la rapidité de formation des bulles de vapeur provoquant une éjection soudaine du liquide seule la partie du liquide en contact direct avec le fil se vaporise. L'effet propulseur des bulles de vapeur est suffisant pour éjecter la quantité restante de liquide. Il est ainsi possible d'obtenir un dépôt relativement régulier à la surface du fil en régulant la quantité d'énergie conférée au fil. [25] De plus, en raison de la relative soudaineté du phénomène, on évite la reconcentration du soluté présent à sur la surface du fil et la formation de ménisques que l'on observe lorsque le temps de séchage est plus long. De cette manière, le soluté est réparti de manière beaucoup plus régulière sur la surface du fil. [026] Cette dernière propriété est particulièrement importante lorsque on traite les fils métalliques destinés à la réalisation des fibres de renfort utilisées dans les pneumatiques. Ces fils sont généralement enrobés dans du caoutchouc et constituent des nappes de renfort de la carcasse ou de la ceinture sommet. Il convient donc de favoriser la liaison entre les fils métalliques le caoutchouc. [027] Il est connu par ailleurs que l'on améliore cette liaison en déposant sur le fil une fine couche d'une composition à base de silane. En améliorant la régularité du dépôt, on améliore la qualité de la liaison et par voie de conséquence la résistance du pneumatique. [28] A titre d'exemple, en utilisant un inducteur d'une longueur d'action de 10 mm, et d'une puissance efficace de 1000 W, dans lequel circule un fil métallique de diamètre 0,8 mm à la vitesse de 300 m/min, enduit d'une solution comprenant du silane dilué à 20% dilué dans de l'eau, on obtient un dépôt de silane à la surface du fil d'une épaisseur d'environ 1 m. La température du fil est portée à environ 170 C. [29] Des essais réalisés avec une solution contenant du latex en émulsion dans de l'eau, ont également donnés de bons résultats.30 REVENDICATIONS 1) Dispositif (1) de dépose d'un soluté (34) sur un fil métallique (4) comprenant des moyens de circulation du fil aptes à conduire le fil au travers dudit dispositif à une vitesse donnée, des moyens d'enduction du fil (2) par une solution liquide (3) formée d'un solvant volatil et dudit soluté (34), et un moyen de chauffage (5) situé en aval du moyen d'enduction, caractérisé en ce que ledit moyen de chauffage (5) comprend un dispositif à hautes fréquences par induction. apte à élever rapidement la température de la surface dudit fil (4), de manière à former des bulles de vapeur (32) qui, en se développant depuis la surface du fil, génèrent une impulsion de pression provoquant l'éjection du liquide (33) restant à la périphérie dudit fil. 2) Dispositif selon la revendication 1 dans lequel le fil (4) circule à l'intérieur du moyen de chauffage (5) sans être en contact avec ledit moyen de chauffage (5). 3) Procédé de dépose d'un soluté (34) sur un fil métallique (4), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes au cours desquelles : on dépose sur le fil (4) une solution liquide (3) formée d'un solvant volatil et dudit soluté (34) puis, - on élève rapidement la température du fil (4) de manière à vaporiser le solvant à la surface dudit fil (4), et à former des bulles de vapeur (32) qui, en se dilatant, génèrent une impulsion de pression provoquant l'éjection du liquide (33) restant à la périphérie du fil. 4) Procédé selon la revendication 3, dans lequel on amène la solution liquide (3) à une température proche de la température d'ébullition du solvant au cours de l'étape de dépose de la solution liquide sur le fil. 5) Procédé selon l'une des revendications 3 ou 4 dans lequel la solution liquide (3) est formée par du latex en émulsion dans de l'eau. 6) Procédé selon l'une des revendications 3 ou 4 dans lequel la solution liquide (3) est formée de silane dissout dans de l'eau.