Brevet FR3058915A1 — publié le 20180525

APPAREIL D'IMPRÉGNATION DE FILS DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne un appareil qui permet la dépose homogène et continue d'une couche fine de liquide sur un fil en mouvement continu à vitesse constante. CONTEXTE Le revêtement de la surface d'un fil par un matériau de nature différente pour en modifier ou en améliorer certaines propriétés est connu et largement utilisé dans l'industrie. Selon la nature et l'utilisation du fil, le revêtement peut servir par exemple à améliorer la résistance à la corrosion, à assurer une isolation électrique, à modifier les propriétés tribologiques, à permettre l'adhésion à un autre matériau ou simplement à la décoration. Dans de nombreux cas, le matériau de revêtement est déposé à l'état liquide et subit ensuite un traitement ou une transformation destinée à le faire passer à l'état solide. Ce changement d'état peut être provoqué par un changement de température, une polymérisation, l'évaporation d'un solvant ou autre. La nature du fil et la nature du liquide sont choisies en fonction des caractéristiques finales recherchées. Tel qu'utilisé ici, le terme « fil » comprend, mais sans limitations, les fils métalliques, synthétiques ou textiles qui sont utilisés dans le cadre de la fabrication d'objets variés. De même, le terme « liquide » s'applique sans limitations à toutes les substances liquides, qu'elles soient pures, sous la forme d'une solution, ou autre. RÉSUMÉ L'invention concerne un appareil pour la dépose homogène et continue d'une couche fine de liquide sur un fil en mouvement à vitesse constante. L'appareil comprend un réservoir en communication fluidique avec un flacon ayant un volume prédéterminé pour stocker le liquide. Le liquide est maintenu à un niveau minimum dans le réservoir pendant le fonctionnement de l'appareil. L'appareil comprend aussi un compartiment d'une chambre qui contient deux anneaux rotatifs et deux roulettes comprenant une roulette supérieure et une roulette inférieure ayant des rainures circonférentielles dans lesquelles viennent se loger les deux anneaux. Les roulettes sont placées verticalement de part et d'autre 2015PAT00354 FR 3058915 2 du fil et en contact tangentiel avec celui-ci par l'intermédiaire des rainures de telle sorte qu'une force de contact prédéterminée entre les roulettes et le fil permet par friction, lorsque le fil se déplace à vitesse constante, de mettre en rotation les roulettes et, par l'intermédiaire de la roulette inférieure, également les anneaux, qui 5 entrainent une quantité de liquide et la amènent au niveau d'un point de contact tangentiel entre les rainures des roulettes et le fil. Le fil passe en même temps par un orifice formé par des rainures et situé entre les rainures. Dans certains modes de réalisation, les axes de rotation des roulettes sont parallèles l'un par rapport à l'autre et perpendiculaires par rapport à la direction de 10 défilement du fil. Dans certains modes de réalisation, les roulettes présentent des diamètres identiques. Dans certains modes de réalisation, l'appareil comprend aussi un ressort de traction qui fournit la force de contact prédéterminée entre les roulettes et le fil. 15 Dans certains modes de réalisation, un surplus de liquide est entrainé vers le réservoir par la rotation des anneaux et par l'effet de la gravité. Dans certains modes de réalisation, le compartiment de la chambre comprend une douille de calibration munie d'un orifice en son centre montée dans le compartiment de la chambre pour calibrer une épaisseur d'un revêtement du 20 liquide et pour faire tomber le surplus du liquide vers le réservoir pour stockage. Dans certains modes de réalisation, le compartiment de la chambre comprend une ouverture au fond de compartiment de de la chambre qui est correspondante avec au moins une partie du réservoir pour que le trempage d'une partie inférieure de chaque anneau dans le liquide soit assuré. 25 Dans certains modes de réalisation, l'appareil comprend aussi une pompe à vide industrielle qui crée un vide partiel à l'intérieur de la chambre (108) pendant la dépose du liquide (75). Dans certains modes de réalisation, l'appareil comprend aussi une installation d'entrainement qui entraine linéairement le fil (50) à une vitesse 30 constante donnée. L'invention concerne également un procédé pour la dépose homogène et continue d'une couche fine de liquide sur un fil en mouvement, au moyen d'un appareil comme décrit. L'invention concerne également un fil formé par le procédé. 2015PAT00354 FR 3058915 3 D'autres aspects de la présente invention vont devenir évidents grâce à la description détaillée suivante. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS 5 La nature et les divers avantages de la présente invention seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui suit, conjointement avec les dessins annexés, sur lesquels les mêmes numéros de référence désignent partout des parties identiques, et dans lesquels : La figure 1 représente une vue de face, dans le sens de déplacement d'un 10 fil, d'un mode de réalisation de l'appareil de dépose de liquide pour le revêtement d'un fil. La figure 2 représente une vue de côté de l'appareil de dépose de la figure 1. La figure 3 représente une vue en coupe de l'appareil de dépose de la figure 15 1 le long de la ligne A-A. La figure 4 représente une vue en coupe de l'appareil de dépose de la figure 2 le long de la ligne B-B. La figure 5 représente une vue élargie de la partie I de la figure 4. La figure 6 représente une vue arrière de l'appareil de dépose de la figure 2 20 avec le paroi 108b enlevée. DESCRIPTION DÉTAILLÉE En se référant maintenant aux figures 1 à 6, sur lesquelles les mêmes numéros identifient des éléments identiques, un fil 50 se déplace à travers 25 l'appareil de dépose 100 à vitesse constante pour être recouvert d'une fine couche de substance liquide. Dans un mode de réalisation, l'appareil de dépose 100 permet la dépose uniforme d'une couche fine de liquide (environ 10 itm) sur un fil ayant un diamètre faible (par exemple, un diamètre de l'ordre de 0.2 mm à 1 mm) et qui se déplace à 30 une vitesse d'avancement constante de quelques mètres par minutes jusqu'à 100 rn/min. Dans le cas d'un liquide composé d'un polymère dissout dans un solvant (c.-à-d. une solution), le mélange du polymère et du solvant doit être ajusté pour obtenir les conditions de dépôt (par exemple la viscosité) qui permettent un 35 revêtement complet et de l'épaisseur souhaitée sur le fil. 2015PAT00354 FR 3058915 4 L'appareil de dépose 100 peut faire partie d'une série d'autres dispositifs permettant de réaliser en continu différentes opérations sur le fil en amont ou en aval de l'appareil de dépose 100 comme, par exemple, un nettoyage du fil en amont ou un traitement thermique du fil en aval. 5 En se référant encore aux figures 1 à 6, l'appareil de dépose 100 d'une couche fine de liquide sur un fil 50 en mouvement linéaire à vitesse constante donnée, comprend au moins un flacon 102 ayant un volume prédéterminé pour stocker un liquide 75. Le flacon 102 comprend une extrémité ouverte 102a où une valve 104, avec une soupape 104a, établit la communication fluidique avec un 10 réservoir 106. La valve 104 régule l'alimentation du liquide 75 entre le flacon 102 et le réservoir 106 pour préserver un niveau minimum du liquide 75 dans le réservoir pendant la dépose (voir les figures 3 et 4). Pendant la dépose, il faut respecter une limite supérieure et une limite inférieure du niveau 75a du liquide 75 pour assurer la couverture complète du fil 50. 15 La valve 104 est fixée au flacon 102 par l'intermédiaire du bouchon 102b qui comporte un filetage adapté à celui du flacon 102. La valve 104 permet la fixation amovible du flacon 102 sur le réservoir 106. Ainsi, le flacon 102 est facilement remplaçable pour rétablir le niveau 75a du liquide 75 si besoin est, ou pour changer le liquide choisi. 20 En plus d'établir la communication fluidique avec le flacon 102, le réservoir 106 contentant le liquide 75 est surmonté d'une chambre 108 à deux compartiments 108d' et 108d". Le compartiment 108d' contient deux anneaux rotatifs 110. La chambre 108 comprend un couvercle avant 108a, un couvercle arrière 108b, des parois latérales 108c et une paroi intérieure 108d qui définissent 25 ensemble les volumes intérieurs des deux compartiments 108d' et 108d". Les parois latérales 108c de la chambre 108 sont opposées et comprennent une paroi d'entrée 108c' du fil 50 et une paroi de sortie 108c" du fil. Au fond du compartiment 108d', il y a une ouverture 108e correspondante avec au moins une partie du réservoir 106 pour que le trempage d'une partie inférieure 110a de 30 chaque anneau 110 dans le liquide 75 soit assuré. En se référant encore aux figures 1 à 6, le fil 50 entre dans le compartiment 108d' en passant par un assemblage 112 qui est monté sur l'extérieur de la paroi d'entrée 108c'. L'assemblage 112 inclut un fourreau 112a qui engage une vis de serrage 112b (par exemple, par des filetages complémentaires connus). Le fil 50 2015PAT00354 FR 3058915 5 passe à travers une ouverture au long de la vis de serrage 112b, et il est guidé vers le volume intérieur du compartiment 108d' par au moins une douille d'étanchéité 112c. Dans certaines réalisations, on crée un vide partiel (typiquement entre 10 5 mbar et 500 mbar) au moyen d'une pompe à vide industrielle (non représentée) pour réaliser, par exemple, l'évaporation du solvant contenu dans la solution liquide déposée à la surface du fil. Dans ce cas, l'intérieur de la chambre 108 doit se trouver également sous vide partiel. Ceci explique la présence d'au moins une douille d'étanchéité 112c à l'entrée du compartiment 108d'. Dans ces réalisations, 10 le fil 50 sort du compartiment 108d' par l'orifice 130 au travers d'éléments reliés de manière étanche à la paroi 108c" de la chambre 108 (par exemple, par un réseau de tubes qui est également sous vide partiel). En se référant en outre aux figures 3, 4 et 5, il y a deux anneaux 110 qui sont mis en rotation par la roulette inférieure 114' de l'ensemble de deux roulettes 15 qui comprend une roulette supérieure 114 et une roulette inférieure 114'. Chaque roulette 114, 114' comprend une périphérie circonférentielle respective 114a, 114a' ayant des rainures 114b, 114b' dans lesquelles viennent se loger les deux anneaux 110 ainsi qu'une rainure centrale 114c, 114c' qui forme un orifice 126 qui permet le passage du fil 50. Les roulettes 114, 114' peuvent présenter des 20 diamètres identiques, bien que cette caractéristique ne soit pas indispensable, pour assurer des performances uniformes et reproductibles lors de la déposition du liquide. Les roulettes 114, 114' sont placées verticalement de part et d'autre du fil 50 et en contact tangentiel avec le fil par l'intermédiaire des rainures 114c, 114c'. 25 Les arbres 116, 116', sur lesquels sont fixées les roulettes 114, 114', soutiennent le mouvement rotatif de celles-ci en tournant autour d'un axe de rotation défini par les roulements 118, 118' qui sont fixés dans des cages 120, 120'. La cage 120' est fixée rigidement sur la paroi 108d du compartiment 108d" et impose une position fixe à la roulette inférieure 114'. La cage 120 est fixée à la paroi 108d du 30 compartiment 108d" par un axe 121 qui laisse à la cage 120 un degré de liberté en rotation autour de l'axe 121. Les roulettes 114, 114' sont disposées de telle manière que leurs axes de rotation sont parallèles l'un par rapport à l'autre. En se référant aux figures 3 à 6, une force de contact prédéterminée entre les roulettes 114, 114' et le fil 50 est fournie par un ressort de traction 122 qui tend 2015PAT00354 FR 3058915 6 à rapprocher la cage mobile 120 de la cage fixe 120' (voir la figure 6). La force du ressort de traction 122 permet au fil 50, lorsqu'il se déplace à vitesse constante (comme indiqué par la flèche A sur les figures 2, 3 et 6), de mettre en rotation les roulettes 114, 114' (comme indiqué par les flèches B, B' à la figure 3) grâce à la 5 force de frottement qui existe aux points de contact tangentiels entre le fil 50 et les rainures 114c, 114c' des roulettes 114, 114'. Par frottement également à leurs points de contact tangentiels communs, la roulette inférieure 114' met en rotation les deux anneaux 110 qui passent par des espaces 124 crées par les rainures 114b, 114b' (voir la figure 5 qui représente la 10 partie I de la figure 4). Les anneaux 110 tournent dans la direction de la flèche B' de la figure 3 et entrainent une certaine quantité de liquide au niveau du point de contact entre les roulettes 114, 114' et le fil 50, qui passe par un orifice 126 entre les rainures 114c, 114c'. Le liquide enrobe le fil 50 et le surplus de liquide est entrainé vers le réservoir 106 par la rotation des anneaux 110 et par l'effet de la 15 gravité. Une épaisseur de revêtement uniforme est obtenue sur le fil 50 par les effets combinés de la tension superficielle et la viscosité du liquide d'une part, et l'énergie de surface du fil d'autre part. L'épaisseur de la couche du liquide mesurée sur le fil 50, à la fin du processus de déposition du liquide, dépend 20 principalement de la viscosité du liquide et de la vitesse de défilement du fil 50. Dans quelques réalisations, il est préférable que l'épaisseur soit très fine (par exemple, environ 10 µm), mais l'épaisseur du liquide dépend de l'usage pour lequel le fil est destiné. Si nécessaire, une douille de calibration 128 munie d'un orifice en son 25 centre peut être montée dans le compartiment 108d' de la chambre 108 en aval et au plus proche des roulettes 114, 114', pour calibrer l'épaisseur du revêtement. Dans ce cas, la douille 128 est montée de manière « flottante » dans un logement 117 qui la bloque dans la direction de déplacement du fil 50 mais la laisse libre dans toutes les directions perpendiculaires au déplacement du fil. L'effet de palier 30 hydrodynamique assure le centrage de la douille de calibration 128 autour du fil lorsque celui-ci se déplace à travers l'orifice de la douille de calibration. Le diamètre de l'orifice est déterminé en fonction de l'épaisseur finale de revêtement que l'on souhaite obtenir. Le liquide enlevé par la douille de calibration retombe dans le réservoir 106 par l'effet de la gravité. 2015PAT00354 FR 3058915 7 En entrée de l'installation d'imprégnation 100, on trouve deux matériaux distincts : un fil d'une part et un liquide d'autre part. En sortie de l'installation d'imprégnation 100, on obtient un fil recouvert d'une couche fine de liquide. Outre le fait qu'elle recouvre totalement le fil, la couche de liquide présente un 5 certain niveau d'adhésion à la surface du fil. L'invention divulguée décrit un appareil qui peut être intégré dans un processus industriel continu avec des opérations en amont et/ou en aval de l'appareil et qui sont effectuées en continu sur un fil qui se déplace à une vitesse constante. Dans un tel cas, une unité de commande centrale peut avoir été 10 programmée avec des données établies (recettes) pour une pluralité de liquides et une pluralité de fils (tailles, matières). Un procédé selon l'invention peut comprendre en outre une programmation d'une ou de plusieurs formes de profil du fil 50 dans au moins un contrôleur programmable en communication par signal avec l'installation d'entrainement de telle sorte qu'une épaisseur d'une couche 15 déposée du liquide sur la surface du fil 50 à la sortie de l'appareil peut être sélectionnée par rapport à une pluralité de formes de profil du fil 50. Pour ce qui concerne l'appareil de dépose décrit ici, la vitesse de déplacement du fil est la seule donnée programmable ayant une influence sur son fonctionnement ou ses performances. On comprend donc que l'invention peut traiter une grande variété de 20 fils en fonction de l'application visée. Un ou plusieurs capteurs et/ou types de capteurs peuvent être éventuellement utilisés, y compris, mais sans limitation, les capteurs environnementaux (par exemple, pour détecter les conditions atmosphériques telles que la température, la pression et/ou l'humidité pendant le fonctionnement de 25 l'appareil de dépose) et des capteurs de vérification (par exemple, pour détecter une déviation par rapport à une valeur de consigne). Les dimensions exprimées en unités anglo-saxonnes sont comprises comme englobant les dimensions équivalentes en unités métriques et autres (par ex., une dimension présentée comme « 1 pouce » est destinée à désigner une dimension 30 équivalente de « 2,54 cm »). Les termes « au moins un(e) » et « un(e) ou plusieurs » sont utilisés de façon interchangeable. Les gammes qui sont présentées comme se situant « entre a et b » englobent les valeurs de « a » et « b ». Bien que des modes de réalisation particuliers de l'appareil révélé aient été 2015PAT00354 FR 3058915 8 illustrés et décrits, on comprendra que divers changements, additions et modifications peuvent être pratiqués sans s'écarter de l'esprit ni de la portée du présent exposé. Par conséquent, aucune limitation ne devrait être imposée sur la portée de l'invention décrite à l'exception de celles exposées dans les 5 revendications annexées. 2015PAT00354 FR REVENDICATIONS1. Appareil (100) pour la dépose homogène et continue d'une couche fine de liquide (75) sur un fil (50) en mouvement à vitesse constante, dans lequel l'appareil comprend : un réservoir (106) en communication fluidique avec un flacon (102) et ayant un volume prédéterminé pour stocker le liquide (75), dans lequel le liquide (75) est maintenu à un niveau minimum (75a) dans le réservoir (106) pendant le fonctionnement de l'appareil ; et un compartiment (108d') d'une chambre (108) qui contient deux anneaux rotatifs (110) et deux roulettes comprenant une roulette supérieure (114) et une roulette inférieure (114') ayant des rainures circonférentielles (114b, 114b') dans lesquelles viennent se loger les deux anneaux (110) , avec les roulettes (114, 114') placées verticalement de part et d'autre du fil (50) et en contact tangentiel avec celui-ci par l'intermédiaire des rainures centrale (114c, 114c') de telle sorte qu'une force de contact prédéterminée entre les roulettes (114, 114') et le fil (50) permet par friction, lorsque le fil (50) se déplace à vitesse constante, de mettre en rotation les roulettes (114, 114') et, par l'intermédiaire de la roulette inférieure (114'), également les anneaux (110), qui entrainent une quantité de liquide (75) et la amènent au niveau d'un point de contact tangentiel entre les rainures (114c, 114c'), les roulettes (114, 114') et le fil (50), qui passe en même temps par un orifice (126) formé par des rainures centrales (114c, 114c') et situé entre les rainures circonférentielles (114b, 114b'). 2. Appareil selon la revendication 1, dans lequel les axes de rotation des roulettes (114, 114') sont parallèles l'un par rapport à l'autre et perpendiculaires par rapport à la direction de défilement du fil (50). 3. Appareil selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel les roulettes (114, 114') présentent des diamètres identiques. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant en outre un ressort de traction (122) qui fournit la force de contact prédéterminée entre les roulettes (114, 114') et le fil (50). 2015PAT00354 FR 3058915 10 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel un surplus de liquide (75) est entrainé vers le réservoir (106) par la rotation des anneaux (110) et par l'effet de la gravité. 5 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le compartiment (108d') de la chambre (108) comprend une douille de calibration (128) munie d'un orifice en son centre montée dans le compartiment (108d') de la chambre (108) pour calibrer une épaisseur d'un revêtement du liquide (75) et pour 10 faire tomber le surplus du liquide (75) vers le réservoir (106) pour stockage. 7. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le compartiment (108d') de la chambre (108) comprend une ouverture (108e) au fond de compartiment (108d') de de la chambre (108) qui est correspondante avec au 15 moins une partie du réservoir (106) pour que le trempage d'une partie inférieure (110a) de chaque anneau (110) dans le liquide (75) soit assuré. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant en outre une pompe à vide industrielle qui crée un vide partiel à l'intérieur de la 20 chambre (108) pendant la dépose du liquide (75). 9. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant en outre une installation d'entrainement qui entraine linéairement le fil (50) à une vitesse constante donnée. 25 10. Procédé pour la dépose homogène et continue d'une couche fine de liquide (75) sur un fil (50) en mouvement, au moyen de l'appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant les étapes suivantes : entrainer le fil (50) à une vitesse constante donnée, et 30 mettre en rotation les anneaux (110), ceux-ci entrainent une quantité de liquide (75) et la amènent au niveau d'un point de contact tangentiel entre les roulettes (114, 114') et le fil (50), qui passe en même temps par un orifice (126) formé par les rainures centrales (114c, 114c') et situé entre les rainures circonférentielles (114b, 114b'). 2015PAT00354 FR 3058915 11 11. Procédé selon la revendication 10, comprenant en outre l'étape de créer un vide partiel à l'intérieur de la chambre (108) pendant la dépose du liquide (75). 5 12. Procédé selon la revendication 10 ou la revendication 11, comprenant en outre une programmation d'une ou de plusieurs formes de profil du fil (50) dans au moins un contrôleur programmable en communication par signal avec l'installation d'entrainement de telle sorte qu'une épaisseur d'une couche déposée du liquide sur 10 la surface du fil (50) à la sortie de l'appareil peut être sélectionnée par rapport à une pluralité de formes de profil du fil (50). 13. Un fil (50) revêtu selon le procédé selon l'une des quelconques des revendications 10 à 12. 15 2015PAT00354 FR