Brevet FR2984100A1 — publié le 20130621

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE BROSSE INDUSTRIELLE ET BROSSE AINSI OBTENUE La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une brosse et la brosse ainsi obtenue. L'invention se situe dans le domaine des brosses industrielles notamment des brosses pour l'agro-alimentaire pour citer un domaine d'application plus précis mais non limitatif. Les brosses industrielles sont souvent des brosses cylindriques, ce qui accentue certaines difficultés de fabrication. De façon générale, les brosses sont réalisées par insertion de touffes de fibres dans des alvéoles ménagées dans un support. Ces fibres sont choisies en fonction de l'application pour répondre aux 10 paramètres nécessaires. Tout d'abord la matière doit être compatible avec les produits à traiter ou l'ambiance de travail, la température, les agents de lavage, l'atmosphère gazeuse, les rayonnements. Les fibres doivent aussi être définies par leur longueur, diamètre, dureté, 15 souplesse, résistance à la fatigue. Les fibres doivent aussi permettre de déterminer le nombre de fibres nécessaire ou possible par faisceau. Le support doit aussi être aussi défini avec des critères compatibles avec l'application mais permettant de recevoir les faisceaux de fibres par insertion. 20 Le montage de ces faisceaux consiste depuis de très nombreuses années à placer une agrafe métallique, généralement en acier inoxydable, à cheval sur un faisceau de fibres, au milieu dans la partie médiane des fibres dont la longueur est double de celle nécessaire pour la brosse à réaliser. Cette agrafe est introduite dans un trou borgne ou alvéole, ménagé dans la surface du support. Elle est enfoncée dans la matière et sa forme interdit un 5 retrait de l'agrafe hors du trou lors du fonctionnement de la brosse. Les fibres sont donc pliées en deux et maintenues par ladite agrafe, en leur milieu. Cet agencement est parfaitement industrialisé et mis en oeuvre pour la fabrication de brosses à support plan, bombé ou cylindrique. Ces brosses, malgré toutes les précautions prises lors de la fabrication 10 présentent des inconvénients à l'usage. Tout d'abord du point de vue de l'entretien, les brosses doivent être démontées, mis au trempage pour être certains du retrait des particules et surtout en vue du traitement de toutes les zones par les agents bactéricides. Or on sait que lesdites brosses sont souvent nettoyées in situ de façon assez 15 incomplète. En effet, on comprend que les trous ménagés dans le support, recevant les agrafes et les faisceaux de fibres, sont des lieux d'accumulation de matière difficiles d'accès lors d'un lavage de surface. On peut penser à utiliser des moyens de lavage avec des lances émettant des jets sous haute pression mais il faut aussi conserver aux fibres leurs qualités et 20 donc ne pas leur faire subir des déformations plastiques irréversibles. L'agencement de l'art antérieur avec agrafe est mécaniquement simple et en grande partie satisfaisant mais les fibres ne sont maintenues que par l'agrafe si bien qu'il arrive qu'une fibre s'arrache car au point de flexion à 90°, la fibre perd une partie de sa résistance mécanique, c'est une zone de fragilisation. 25 De plus, on comprend que les fibres sont insérées dans un trou cylindrique et que lorsqu'elles sont soumises à de fortes flexions, en phase active, le corps des fibres périphériques du faisceau vient au contact de l'arête du bord dudit trou si bien que les brosses sont souvent changées pour prévenir le risque d'une rupture de ces fibres alors que celles-ci conservent toutes leurs propriétés pour les actions de brossage proprement dit, comme toutes les autres fibres intègres du faisceau. Le but de la présente invention est de pallier ces problèmes en proposant un procédé de fabrication d'une brosse industrielle adapté et pour mieux illustrer l'invention, il est proposé la description qui va suivre, celle-ci s'appuyant sur les dessins annexés, dessins sur lesquels les figures représentent - Figure 1 : une vue d'une brosse de l'art antérieur, avec une loupe sur la position en fonctionnement, - Figure 2 : une vue d'une brosse obtenue par la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention, - Figure 3 : une vue d'une brosse identique à celle de la figure 2, avec un perfectionnement, - Figure 4, une vue d'une brosse cylindrique obtenue selon le procédé de la présente invention. Sur la figure 1, on a représenté un support 10 de l'art antérieur dans lequel sont ménagés des trous 12, dits aussi alvéoles. Ces trous 12 sont de forme cylindrique et présentent un fond conique du fait des formes des forets, ceci de façon connue. Un faisceau 14 de fibres 16 est introduit dans chaque trou 12, ledit faisceau comportant une agrafe 18 qui est implantée dans ledit trou 12 et qui y est retenue par ses extrémités insérées dans la matière même du support. bans la loupe, on a représenté les fibres 16 courbées lors du fonctionnement, montrant ainsi que les fibres extérieures du faisceau 14 viennent en appui sur les bords du trou 12, ce qui peut générer des points de fragilisation de ces fibres extérieures. Sur la figure 2, on a représenté l'agencement selon la présente invention qui est issu du procédé suivant : - Ménager des trous 12-1 dans un support 10-1, - Préparer des fibres 16-1 en faisceau 14-1, - Comblement du trou 14-1 avec un matériau 20 de comblement à base d'au moins un polymère, - Agrafage de chaque faisceau 14-1 dans un trou 12-1, - Polymérisation dudit matériau 20 de comblement. Les supports 10-1 sont généralement de type matrice en polypropylène (PP) ou en polyoxyméthylène (POM) Les fibres 16-1 sont choisies parmi des polymères du type Polybutylène 10 Téréphtalate. Le but est donc de répondre aux contraintes de mise en oeuvre du procédé. Il faut d'abord que le polymère soit choisi parmi les polymères compatibles avec l'application, et notamment les applications agro-alimentaires. Si le matériau de comblement est compatible avec les contraintes agro-alimentaires, il sera 15 applicable à la majorité des domaines. L'étanchéité est un des paramètres essentiels du matériau de comblement de façon à assurer une adhésion parfaite aux parois du trou. Les plages de températures s'étendent de -30°C environ à +80°C, voire 120°C lorsque la stérilisation est requise. 20 Le matériau de comblement devra participer à la tenue mécanique des fibres et à un renforcement des performances mécaniques à l'arrachage. Le polymères retenus sont choisis parmi la famille des résines époxy. La rhéologie de ces polymères est très importante car il faut que la viscosité soit adaptée pour remplir rapidement le trou et pour enrober le pied des fibres. 25 Par contre, il ne faut pas qu'elle soit trop fluide pour ne pas être éjectée lors de l'opération d'agrafage. Il faut donc remplir le trou de façon que le volume de résine époxy puisse déborder quelque peu et venir au-dessus du trou, sans pour autant remonter dans les fibres de chaque faisceau, d'une part pour ne pas perdre de matière et d'autre part pour ne pas nuire à l'aspect esthétique. Néanmoins, comme il s'agit d'une production industrielle, il faut aussi que la durée d'ouverture du polymère, c'est-à-dire la durée pendant laquelle le 5 polymère est insuffisamment polymérisé et peut ainsi être mis en oeuvre, soit suffisante ainsi une durée de 30min est un minimum. La couleur de la résine importe peu voire elle peut être colorée de façon volontaire pour faire ressortir les pieds comblés des faisceaux agrafés. Afin d'améliorer les propriétés mécaniques, la présente invention prévoit de 10 fileter chaque trou, ce qui est transparent lors de l'usinage du support. Un tel filetage conduit à une bien meilleure retenue de la résine dans chaque trou. Bien entendu, tout autre usinage, permettant de réaliser des motifs en creux dans les parois de chaque trou serait un équivalent technique. 15 Des essais sont menés avec trois résines du commerce dont les références sont Hysol 9480, Resolcoat4070 avec durcisseur, beproChoc. Les résultats sont les suivants 20 Résistance à l'arrachement Résistance à l'arrachement pour une température de 23°C : Tableau 1 : 600 500 400 300 200 100 i 0 Depro Choc Resolcoat Hysol Art Antérieur La comparaison est édifiante avec des ratios de 10 entre l'art antérieur et les produits selon la présente invention. On peut aussi mesurer les mêmes résistances dans les conditions extrêmes de froid et les résultats ci-dessous visent une température de -30°C. Tableau 2 : 700 600 500 400 300 200 100 0 Depro Choc Resolcoat Hysol Art Antérieur La différence est encore beaucoup plus notable à une température de 80°C car 10 on constate dans le tableau 3 ci-dessous que la résistance à l'arrachement pour la brosse résultant de la mise en oeuvre du procédé reste en température supérieure à celle de la brosse de l'art antérieur au meilleur de sa résistance. Tableau 3 : 15 140 120 100 80 60 40 20 0 Depro Choc Resolcoat i Hysol Art Antérieur Dureté De la même façon, on constate que la dureté des matériaux de comblement utilisés est strictement du même ordre de grandeur que celui du support comme montré dans le tableau 4 ci-dessous :. Tableau 4 : Matériau Dureté (shore D) Polypropylène 64 Po lyoxyméthylène 80 Deprochoc 79 Resolcoat 78 Hysol 80 La brosse finie présente donc une certaine homogénéité de structure. Pré Traitement D'autres tests sont conduits avec les produits selon la présente invention et notamment des essais à l'arrachement mais avec un traitement de surface préalable du support par plasma. Ce traitement par plasma atmosphérique consiste à faire subir au support un 15 balayage par une torche à plasma de façon à améliorer l'ancrage. En effet, le traitement provoque une rupture superficielle des chaînes polymères et génère des groupements réactifs, de type polaire. Ainsi sur un support en polyoxyméthylène, on a les résultats comparatifs suivants, tableau 5, avec colonne de gauche (points) le même produit sans 20 traitement par plasma et colonne de droite (motif croisé) l'effet bénéfique du traitement: Tableau 5 : 300 250 200 150 100 50 0 Depro Choc Resolcoat Hysol Il est bien entendu possible en fonction des besoins de combiner le traitement 5 par torche à plasma et la présence d'un filetage ce qui conduit à une augmentation cumulée. Etanchéité Pour répondre au problème de développement bactérien, il est étudié la capacité 10 des résines à assurer une étanchéité dans le comblement du trou. Un tel essai est conduit sur la perméabilité en immergeant une brosse dans une solution de colorants, plus particulièrement dans une solution de violet de gentiane pendant 24h. Les colorants contenus dans le bleu de gentiane ont une taille négligeable 15 comparée à celle des bactéries si bien que si les colorants ne passent pas il est certain que les bactéries ne pourront absolument passer. On constate que les trous dans lesquels est disposé de l'agent de comblement reste sans marquage de coloration après arrachage des fibres et de l'agent de comblement auquel elles sont liées. 20 Rhéologie Afin de pouvoir disposer l'agent de comblement dans les trous ménagés dans le support, il est nécessaire de prévoir une agent de comblement qui reste fluide mais qui gélifie suffisamment rapidement pour permettre le comblement de trous sur des brosses cylindriques. Une viscosité de départ de 20 Pa.s et surtout il peut être intéressant que l'agent de comblement soit rhéofluidifiant c'est-à-dire que la viscosité diminue après 5 mélange mais donc se gélifie rapidement une fois introduite dans le trou assurant ainsi un figeage dudit agent dans le trou. L'agent Hysol présente cette qualité. De plus, il est possible avec un tel agent de réaliser une industrialisation car cette résine époxy nécessite un durcisseur et il est donc possible d'assurer un 10 contrôle lors de l'utilisation. Selon le procédé de la présente invention, il est proposé de colorer l'agent de comblement de façon à permettre un contrôle visuel du type de brosse dont il est possible d'identifier immédiatement qu'elle comporte des agents de 15 comblement dans les trous.