Brevet FR2963955A1 — publié le 20120224

COURROIE INDUSTRIELLE ET LA METHODE DE FABRICATION DE LA DITE COURROIE DOMAINE DE L'INVENTION Cette invention trouve son domaine d'application dans l'industrie papetière et notamment dans le domaine des machines à papier qui sont des courroies utilisées très communément dans les différentes parties de la machine à papier. Ces courroies sont communément appelées par les hommes de l'art « habillages de machines à 10 papier ». Ces courroies peuvent avoir un nom plus spécifique selon la position spécifique dans la machine à papier. Elles sont appelées : toile de formation, feutres de presse, toile de sécherie, courroie de presse ou encore toile de séchage par passage d'air ou plus communément en anglais Through Air dryer (TAD). Cette invention peut également être utilisée comme une courroie de calandrage ou 15 une courroie de transfert qui peuvent être utilisées sur une machine à papier. De plus, cette invention peut être appliquée dans d'autres processus industriels où les courroies sont utilisées dans la production des non tissés par des techniques telles que le hydro-liage, le liage thermique, l'air laid, le meit blowing ou le spunbonding. 20 Ces courroies sont installées sous forme d'une bande sans fin autour d'un circuit qui contient un ou plusieurs rouleaux. L'un de ces rouleaux est motorisé afin d'assurer la mise en mouvement de la dite courroie. La mise en mouvement de ces courroies s'effectue avec des vitesses très élevées qui peuvent atteindre, voir dépasser 2000 25 m/min. Elles peuvent atteindre des dimensions aussi grandes que 100 m de longueur et 12 m de largeur. La mise en mouvement de ces courroies nécessite leurs mise sous une tension relativement élevée afin d'assurer la transmission de la puissance depuis les cylindres moteurs. Cette tension peut atteindre des valeurs de l'ordre de 10 KN/m. 30 Cette contrainte impose l'intégration au sein de ces courroies des structures capables de résister à de telles tensions sans allongement excessif. En effet, les circuits sur lequel ces courroies sont installées sont en générale munis d'un système de mise sous tension basé sur le déplacement d'un rouleau qui exerce par son déplacement une action de tension sur la dite courroie. Cette action est néanmoins 35 limitée à quelques dizaines de centimètres ou plus généralement à 3% de la longueur totale du circuit sans tension. II est donc connu par l'homme de l'art que la structure de la courroie doit supporter des fortes tensions de l'ordre de 10 kN/m sans pour autant s'allonger au delà de 3% de sa longueur sans tension. De plus le profil de la tension en sens perpendiculaire à sa longueur (ou à son sens de 40 rotation) doit être particulièrement homogène afin d'assurer sa stabilité mécanique lors de sa mise en rotation à grande vitesse. En effet, la moindre détente locale de la courroie implique son déplacement instantané en sens perpendiculaire à son sens de rotation risquant ainsi de heurter le bâti de la machine où les rouleaux sont encastrés. 45 La réponse à l'ensemble de ces contraintes a été réalisée depuis des siècles grâce à l'utilisation des structures tissées qui constituent soit la totalité de la courroie comme c'est le cas des toiles de formation ou des toiles de sécherie ou une partie de la structure de la courroie comme c'est le cas des feutres de presse. Il est donc reconnu par les hommes de l'art que les courroies doivent répondre aux 50 exigences techniques suivantes : Pages \ /`k Une résistance structurelle face à des tensions élevées. Typiquement, la courroie ne doit pas s'allonger de plus de 3% sous une tension de 10 KN/m - Un profile de tension homogène dans le sens perpendiculaire à sa longueur. II est généralement acceptable d'avoir une tension qui varie dans ce sens avec un maximum de variation qui ne dépasse pas 5% de la tension appliquée sur la courroie. Ceci signifie que si la tension appliquée en moyenne sur la dite courroie est de 10 KN/m, il est acceptable que dans certains endroits de la toile, la tension réelle oscille dans une fourchette allant de de 9,5 kN/m à 10,5 kN/m. Depuis plusieurs années, des brevets ont proposés d'adopter une autre technologie afin de réaliser ces courroies en remplaçant la structure tissée par une structure non tissée basées sur l'utilisation des matériaux polymères notamment les films. Le brevet américain N ° 4.537.658 montre une courroie pour l'industrie papetière et qui est réalisée grâce à une pluralité d'éléments allongés. Les éléments sont liés les uns aux autres soit par une liaison d'enchevêtrement mécanique, soit par l'utilisation d'une corde de raccord entre les éléments adjacents. Les éléments allongés qui s'étendent dans la direction transversale de la dite courroie. Le brevet américain N ° 4.541.895 d'Albert décrit une toile fabriquée pour l'industrie papetière qui est composée d'une pluralité de feuilles non-tissé qui sont laminées ensemble dans le but de définir une courroie. Les feuilles non-tissés sont perforées par perçage laser. Ces feuilles sont composées de matériau polymère non orienté, Dans le cas où ces dernières seraient produites avec la finesse requises et propre à la fabrication du papier, il y aurait un manque suffisant de stabilité qui ne permettrait pas aux courroies de fonctionner correctement sur les machines à papier. Le brevet américain N ° 4.842.905 de Stech montre une toile papetière en mosaïque ainsi que des éléments propre à la fabrication de cette dernière. Les éléments sont formés de manière à avoir un mâle ou des éléments de projection qui s'imbriquent avec les femelles ou des membres encastrés. Les toiles de l'industrie papetière comprennent une pluralité d'éléments en mosaïque qui ont été reliés entre eux pour produire un pavage d'une longueur désirée et la largeur. Le brevet américain N ° 6.290.818 de Romanski montre une courroie dans lequel la toile de base est fabriquée à partir d'un tube sans fin composé de film élargi et qui peut être perforée. Le brevet américain N° 6.630.223 de Hansen montre une courroie industrielle crée à partir d'une pluralité de fils dévidés en forme de spirale qui sont adjacents l'un à l'autre, d'un côte à l'autre des spires adjacentes. Le brevet N ° 6.989.080. Hansen montre une toile papetière non-tissé faite à partir d'une toile de base brut dévidée en forme de spirale. II est recouvert d'une couche de matières premières semblables ou différentes. La demande de brevet américain n ° 2007/0134467 Al de Sayers explique une méthode qui comprend une étape consistant à stratifier une série de couches de film pour former une courroie et ensuite à créer des perforations dans le stratifié afin d'obtenir une courroie égouttant. Ces techniques se confrontent à un problème de réalisation pratique extrêmement complexe. En effet, ces techniques nécessitent des substrats de base non tissés ayant une homogénéité parfaites. Afin d'illustrer ce problème technique, nous allons nous concentrer sur le cas où le substrat non tissé est un film polymère monolithique. Afin de réussir l'opération de construction de la courroie par la technique de construction hélicoïdale (ou par en spiral), les dits films doivent avoir une largeur constante et doivent être parfaitement rectiligne. L'homme de l'art sait que ces Pages t / caractéristiques sont impossibles à obtenir pour des longueurs très importantes. L'homme de l'art sait qu'en l'absence d'une largeur constante et de rectitude des bandes de base, la longueur de la courroie réalisée par les techniques décrites ci-dessous devient inhomogène. Ceci rend impossible le respect de l'uniformité du profil de tension de la dite courroie. Ceci provoque des problèmes de stabilité mécanique évidente sur les machines industrielles lors de la mise en mouvement de la courroie. Ces défauts peuvent provoquer des sérieux problèmes de guidage des dites courroies. Un tel phénomène est intolérable sur les machines à papier. II est donc clairement établi que les techniques décrites ci-dessous ne permettent pas de remplir les contraintes opérationnelles de l'industrie notamment en terme d'homogénéité du profil de tension induit par les dites techniques. Ceci explique le fait que ces brevets n'ont jamais conduit à une application industrielle viable. RESUMÉ DE L'INVENTION La présente invention propose une solution alternative aux problèmes traités par les revendications de brevets antérieurs ou des demandes de brevet antérieur. Cette invention présente une nouvelle méthode de fabrication d'une courroie industrielle pour la fabrication du papier, le pressage du papier, son séchage, sa formation par le procédé de séchage par air (TAD). La courroie de cette invention peut également être utilisée comme une courroie de transfert, comme une courroie de presse, ou encore dans d'autre procédé industriel utilisant des courroies industrielles, tels que les courroies pour fabrication de cartons ondulés. La toile peut également être utilisée comme courroie de transport pour la tannerie. De plus, la toile de cette invention peut également être utilisée pour d'autres applications industrielles visant à utiliser les courroies industrielles pour assécher un matériau. Par exemple, la courroie peut être utilisée dans la fabrication de la pâte à papier ou dans les machines de presse pâte à papier, la déshydratation du papier recyclé au cours du processus de désencrage. La courroie peut également être utilisée dans la production de non tissés par des procédés tels que : le hydro-liage, le liage thermique, l'air laid, le melt blowing ou le spunbonding. Dans cette invention, nous proposons une nouvelle technique d'assemblage qui permet de remplacer la structure tissée dans les courroies par des structures non tissées toute en surmontant les problèmes d'irrégularité des profils de tension associées aux techniques proposées par construction en spiral. Dans cette invention, nous proposons une nouvelle technique modulaire pour fabriquer les courroies industrielle sans fin avec des renforts filamentaires. Dans cette technique modulaire, une bande de base d'une longueur L, d'une largeur I et d'une épaisseur h est utilisé. Cette bande de base est utilisée pour constituer une bande sans fin dont la largeur est égale à la longueur de cette bande de base. Cette bande de base est caractérisé en ce qu'il est en matériaux polymère ayant une faible résistance à la traction avec allongement minimale de 5% sous une tension de 10 kN/m. Ce film a une épaisseur minimale de 1 mm afin de garantir une bonne stabilité à la courroie finale. Cette bande de base, peut avoir des extrémités dans le sens perpendiculaire à sa longueur parfaitement droite ou encore bizutée ou encore ayant toute forme Pages 3 /1 permettant la mise bord à bord entre cette bande de base et une autre bande de base. Ces bandes de bases sont assemblées bord à bord selon les bords alignés avec le sens de la longueur des bandes de base. Les bandes sont ensuite soudées ou collées bord à bord. Cet assemblage permet la création d'une forme sans fin d'une Longueur L1 et d'une largeur Dl. La structure ainsi formée est renforcée grâce à des fils solidarisés avec l'une ou les deux faces des films de bases et disposés selon le sens de la longueur de la dite structure. L'invention consiste donc à la fabrication d'une courroie industrielle d'une longueur 10 L1 sans tension et d'une largeur Dl comprenant : - Au moins deux bandes de base en matériau polymère. Chacune de dites bandes a une longueur égale au moins à la largeur L1 de la dite courroie industrielle. Les dites bandes peuvent avoir la même largeur ou bien des largeurs différentes. Les dites bandes de bases sont soudées ou collées bord 15 à bord selon les bords aligné avec leur sens de la longueur afin de constituer la longueur L1 désirée de la dite courroie. Les bandes de bases ne sont pas assemblées entre elles par la technique dite du Spiraling ou assemblage hélicoïdal. - Un ou plusieurs fils de renfort solidarisés sur l'une ou les deux faces de 20 l'assemblage constituées par les dites bandes de bases. Le rôle des dits fils est de supporter la tension mécanique appliquée à la dite courroie pendant sa mise en fonctionnement et assurant que l'allongement de la dite courroie ne dépasse par 3% de sa longueur L1 sous une tension de 10kN/m. 25 BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES Les figures d'accompagnement sont inclues afin de fournir une meilleure compréhension de l'invention. Ces figures sont incorporées ci-dessous et constituent une partie de cette spécification. Les figures présentées ici illustrent différents modes de réalisation de l'invention. La description des figures sert ainsi à expliquer 30 les principes de l'invention. Dans les figures : Figure 1 : Vue d'une bande de base d'une longueur L, d'une largeur I et d'une épaisseur h. 35 Figure 2 : Vue d'un assemblage de deux bandes de base adjacentes en bord à bord avec des bords droits. Figure 3 : Vue d'un assemblage de deux bandes de base adjacentes en bord à bord avec des bords inclinés. Figure 4 : Vue en perspective d'un assemblage sous forme d'une bande sans fin des 40 bandes de base selon l'un de méthodes de réalisation de l'invention. Figure 5 : Vue d'un assemblage de bandes de base pendant la phase de dépose des fils de renfort selon l'une de méthode de réalisation de l'invention avec des assemblages en bord à bord rectilignes. Figure 6 : Vue d'un assemblage de bandes de base pendant la phase de dépose des 45 fils de renfort selon l'une de méthode de réalisation de l'invention avec des assemblages en bord à bord inclinée. Figure 7 : Vue d'un film de base munie des renforts selon une méthode de réalisation de l'invention. Figure 8 : Vue d'un assemblage de deux bandes de base adjacentes en bord à bord 50 avec des bords droits avec des renforts déjà intégrés selon l'une des méthode de réalisation de l'invention.. Pages k / 4- Figure 9 : Vue d'un assemblage de bandes de base avec les fils de renfort selon une autre méthode de réalisation de l'invention. Figure 10 : Vue d'un assemblage de bandes de base avec les fils de renfort selon une autre méthode de réalisation de l'invention. DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION ET SES MODES PREFERÉS DE REALISATION La figure 1 montre la bande de base (1) constituée d'un matériau polymère. Cette bande a une longueur L et une largeur I ainsi qu'une épaisseur h. Cette bande a deux bords situés sur ses extrémités perpendiculairement à son sens de la longueur. L'une des extrémités visibles sur la figure 1 est référencé (2). Ces bords peuvent être droits, inclinés ou avoir toute autres forme géométrique facilitant la réalisation de l'invention. Selon une première technique de réalisation de notre invention, ces bandes de bases sont assemblées bord à bord grâce à une technique de soudage ou de collage ou une combinaison des deux techniques. La figure 2 montre l'assemblage de deux bandes de bases (1) et (7). Les deux bandes sont assemblées selon leurs bords constituant ainsi une ligne d'assemblage (3). La structure ainsi réalisée a une surface supérieure (6) et une surface inférieure (5). Le nouvel assemblage a de nouveau deux bords permettant de les assembler avec d'autres bandes de base. L'un de ces bords est noté (2). La figure 3 montre l'assemblage de deux bandes de bases dont les bords ne sont pas droits mais inclinés. La ligne d'assemblage (4) ainsi constitué est inclinée également. A noter que ces deux formes ne sont montré qu'à titre d'illustration mais d'autres formes sont évidente pour l'homme de l'art. La figure 4, montre le résultat de la répétition de l'opération décrite dans les figures 2 et 3. Le résultat est la constitution d'une bande sans fin (14). Sur cette figure on voir par exemple trois bandes de bases (8), (9) et (10) assemblées bord à bord. Le résultat est une boucle sans fin avec une surface supérieure (6) et une surface inférieure (5). A noter que les lignes d'assemblage peuvent être perpendiculaires au sens de la longueur de la boucle ou bien inclinée par rapport à celui-ci. Une fois la boucle est formée, la boucle est mise sous tension à l'aide par exemple de deux rouleaux parallèle (13) afin d'assurer l'homogénéité géométrique de la bande ainsi qu'un profile de tension uniforme. Cette opération est montrée par la figure 5. Ensuite un ou plusieurs fils de renfort (11) sont solidarisés sur l'une ou les deux faces de l'assemblage des bandes de bases. Ces fils sont délivrés à partir d'une bobine (12) et elles sont espacé les uns par rapport aux autres d'une distance (w) qui peut être uniforme ou variable. Cette opération peut réalisée grâce à une seule bobine de fils (12) ou plusieurs bobines. Les renforts peuvent être déposés en spiral mais également en lignes parallèles au sens de la longueur. La figure 6 montre la même opération de renforcement décrite par la figure 5 mais dans le cas ou la ligne d'assemblage des bandes de bases n'est pas parfaitement perpendiculaire au sens de la longueur de la courroie. A noter que d'autres dispositions peuvent être envisageables par l'homme de l'art pour définir l'orientation des lignes d'assemblage par rapport au sens de la longueur de la courroie. Pages 5 /x A la fin des opérations décrites par les figures 5 ou 6, la courroie décrite par notre invention est achevée selon l'un des modes de réalisation possible de la dite courroie. Une autre technique est possible pour réaliser la dite courroie industrielle. Dans cette technique, les renforts sont intégrés aux bandes de bases avant de les assembler. La figure 7 montre une bande de base (1) est renforcé par des fils de renfort (15), (16) et (17). Ces fils sont caractérisés en ce qu'ils ont au moins une extrémité qui 10 dépasse la surface de la bande de base (1). Ce dépassement est nécessaire afin de connecter les éléments de bases ensemble grâce aux renforts. Cette approche est illustrée par la figure 8 ou des éléments de bases (16) et (17) sont assemblés bord à bord selon la ligne d'assemblage (18). Cette opération d'assemblage s'accompagne par la solidarisation des extrémités des 15 renforts de la bande de base (17) sur la bande de base (16). La figure 8 montre un mode de réalisation où les fils de renfort (19) et (20) de la bande de base (17) sont solidarisés sur la surface supérieure de la bande de base (16). Cette opération permet de transmettre les contraintes mécaniques d'une bande de base à l'autre. Une fois ce processus d'assemblage est terminé, la dite courroie de notre invention 20 est achevée comme le montre la figure 9 ou on voit la surface supérieure de la dite courroie. II est évident pour l'homme de l'art que d'autre réalisation sont possible pour la mise en place de ces renforts comme le montre la figure 10 ou un fil de renfort peut couvrir plusieurs bandes de bases. II est également possible qu'un fil de renfort fasse 25 le tour complet de l'ensemble de la courroie afin de transmettre l'effort régulièrement à travers tous les éléments de bases.