Procédé de fabrication d'un article tubulaire en résine thermodurcie renforcée de fibres,
installation pour la mise en oeuvre du procédé
et article tubulaire obtenu par ledit procédé
La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un article tubulaire en résine thermodurcie renforcée de fibres, par solidification par la chaleur de la résine imprégnant un renforcement fibreux dans un conduit de filage ménagé entre un mandrin placé dans une filière et la paroi de la filière.
Ce procédé est particulièrement adapté à la production de tuyaux de section transversale polygonale ou circulaire.
Dans un procédé connu, la matière imprégnée de résine liquide thermodurcissable est fournie à l'intérieur de l'extrémité d'entrée d'un conduit de filage, le renforcement fibreux étant également alimenté dans cette extrémité d'entrée. La résine est chauffée pendant son passage à travers le conduit de filage et l'article formé est déplacé à travers le dispositif au moyen d'un mécanisme de tirage disposé au-delà de l'extrémité de livraison du conduit de filage et serrant l'article solidifié pour le tirer à travers et hors du dit conduit de filage.
Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que l'on fait entrer le renforcement fibreux dans le conduit de filage sous la forme de bandes fibreuses parfaitement imprégnées d'une résine thermodurcissable liquide, en ce que l'on conforme les bandes de renforcement imprégnées dans le conduit de filage par la pression causée par le resserrement, les bandes s'étendant axialement dans le conduit et les bords longitudinaux des bandes étant jointifs ou se recouvrant légèrement de manière qu'il n'y ait aucun jeu entre les bandes, et en ce que l'on refroidit l'extrémité d'entrée du conduit pour empêcher un durcissement de la résine en cet endroit.
L'invention s'étend également à une installation pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus. Cette installation comprend une filière disposée verticalement, un réservoir à résine thermodurcissable liquide pour imprégner les bandes de renforcement à leur entrée dans la filière, des bobines et des guides pour amener les bandes de renforcement vers le bas dans le conduit de filage de sorte que les bords longitudinaux des bandes soient jointifs et des moyens de chauffage pour solidifier la résine au passage dans la filière, et un mécanisme pour tirer l'article solidifié hors de la filière.
Les articles variés et spécialement les articles de forme tubulaire obtenus sont très sûrs du point de vue du long fonctionnement continu ou ininterrompu.
I1 est possible de continuer la production d'un tube donné pendant une longue durée sans arrêt, par exemple, pendant des semaines ou davantage. Cependant le procédé selon l'invention peut permettre une variation de la vitesse de production et même des arrêts temporaires sans dégrader ou altérer autrement la qualité de l'article produit lorsque l'installation est remise en marche, à condition toutefois que les arrêts ne soient pas trop longs.
Le renforcement peut être accumulé en plusieurs couches, ce qui permet de réaliser un renforcement hautement efficace et uniforme à travers toute l'épaisseur de la paroi de l'article formé.
L'invention s'étend également à un article tubulaire obtenu par le procédé précédent, article caractérisé en ce que le renforcement de fibres comprend plusieurs couches de bandes fibreuses, chaque couche comprenant plusieurs bandes s'étendant axialement par rapport à l'article tubulaire en étant en contact bord à bord, et les bandes d'une couche recouvrant les bords des bandes d'une couche contiguë.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'installation que comprend
I'invention.
La fig. 1 est une vue en élévation latérale avec certaines parties montrées seulement par leur contour, d'un appareil construit selon la présente invention pour produire des tubes.
La fig. la est une coupe en plan fragmentaire et schématique du tube formé montrant les éléments de serrage du mécanisme de tirage engageant le tube.
La fig. 2 est une - vue en Iplan à plus grande échelle par la ligne 2-2 de la fig. 1 montrant certaines dispositions du mécanisme de tirage.
La fig. 3 est une vue en plan agrandie représentant l'extrémité supérieure de l'appareil de la fig. 1, la vue montrant certaines bobines d'alimentation en renforcement fibreux, mais ayant aussi des parties découpées et enlevées de façon à représenter quelques-uns des appareils de guidage situés audessous des bobines d'alimentation, la figure étant vue approximativement comme indiqué par la ligne 3-3 de la fig. 4.
La fig. 4 est une vue en coupe verticale prise par la ligne 4-4 à la fig. 3 et montrant des parties de la filière et de sa partie centrale, et aussi le réservoir de résine, les appareils de guidage des bandes de renforcement et les bobines d'alimentation.
Les fig. 5, 6 et 7 sont des vues en plan fragmentaires de dispositifs de guidage pour plusieurs des couches de renforcement fibreux fournies dans l'appareil formateur.
Les fig. 8 à 11 inclusivement sont des vues horizontales agrandies par les lignes de coupe 8-8, 9-9, 10-10 et 11-11 à la fig. 4, la fig. 8 étant une vue en plan et les fig. 9, 10 et 11 étant des vues en coupe, toutes ces vues représentant certaines des chambres et passages de chauffage et de refroidissement incorporés dans la partie centrale de filière.
La fig. 12 est une vue schématique du montage de raccordement de tube disposé à l'extrémité supérieure de la partie centrale de la filière et montrant aussi la disposition des passages et des chambres dans sa partie centrale.
La fig. 13 est une vue en coupe verticale de la filière dont la partie inférieure coopère avec la filière elle-même pour délimiter le conduit de filage annulaire (fig. 1). Cette vue étant faite à une échelle agrandie par rapport à la représentation de ces parties en fig. 4.
Les fig. 14 et 15 sont des vues en coupe en plan prises par les lignes 14-14 et 15-15 à la fig. 13.
La fig. 16 est encore une autre vue agrandie représentant en coupe horizontale la paroi intérieure de la filière elle-même et la paroi extérieure de la partie centrale qui coopèrent pour délimiter le passage formateur annulaire et montrant aussi la manière d'appliquer des diverses couches de renforcement utilisées pour fabriquer les tubes.
La fig. 17 est une vue en plan à l'échelle de la fig. 16 représentant certains détails d'un guide de bande fibreuse pour fournir la bande de renforcement dans le conduit de filage.
La fig. 18 est une vue fragmentaire de certains détails d'un mécanisme d'alimentation en résine employé dans la réalisation représentée aux fig.
1 à 17.
La fig. 19 est une vue d'une disposition d'alimentation en résine de forme modifiée comparée à celle de la fig. 18.
La fig. 20 est une vue représentant une réalisation donnée comme variante dans laquelle deux bobines d'alimentation en renforcement sont disposées pour fournir des bandes de renforcement à travers un dispositif de guidage commun.
La fig. 21 est une vue de contour schématique de portions de l'installation montrée à la fig. 1 par exemple, mais représentant particulièrement certains appareils et dispositions employés dans l'opération de démarrage.
La fig. 22 est une vue en élévation d'une partie utilisée dans le procédé de démarrage montré à la fig. 21.
Les fig. 23, 24 et 25 sont des vues fragmentaires représentant trois formes différentes de matière de renforcement en fibre de verre préférablement employées. La fig. 23 montre un feutre ou nappé de matière de bande dans lequel les fibres ne sont pas orientées. La fig. 24 montre une matière en nappe comprenant non seulement des fibres anisotropes mais représentant aussi certaines fibres orientées. La fig. 25 montre un renforcement d'étoffe tissée.
La disposition générale de l'installation est représentée à la fig. 1 dans laquelle on voit que l'installation comprend une filière A, un mécanisme de tirage B, la filière étant disposée verticalement de façon à débiter vers le bas le tube formé P par action du mécanisme de tirage. Au-dessus de la filière est disposé un bassin C de fourniture de résine et audessus de celui-ci un dispositif d'alimentation D pour le renforcement fibreux, comprenant des bobines et des guides d'alimentation.
Au-dessous du mécanisme de tirage B se trouve le support E au-delà duquel le tube P est déchargé vers le bas, le support E servant aussi à monter le mécanisme de coupage F.
Bien que divers composants de l'installation puissent varier en dimensions et en proportions, selon la taille de la pièce fabriquée, la filière A peut avoir une longueur d'environ 76 cm et le mécanisme de tirage B 2 mètres de longueur. On voit ainsi que dans beaucoup d'exemples l'installation est de grandes dimensions, et que pour la commodité de l'utilisation et du service de l'installation, des planchers ou des ponts peuvent être disposés en des points appropriés, par exemple, au niveau de E et aussi avantageusement,
près de l'extrémité inférieure de la filière A, de sorte qu'un opérateur peut avoir un accès facile au réservoir de résine C et aussi au mécanisme D de fourniture et d'alimentation de renforcement.
D'une façon générale, le procédé de fonctionnement comprend l'introduction de résine thermodurcissable liquide dans le réservoir C et la fourniture
d'un renforcement en fibres à partir du dispositif d'alimentation D à travers des appareils de guidage dans la résine et à travers celle-ci dans le réservoir C et après cela dans l'extrémité supérieure du conduit de la filière A. La chaleur est appliquée à la résine dans une certaine zone afin de la solidifier, et la pièce solidifiée P est extraite de l'extrémité inférieure de sortie au moyen du mécanisme de tirage à allure traînante B. Lorsque la pièce P est livrée vers le bas à partir du mécanisme de tirage, elle passe entre des éléments ou des poutres du support et vers le bas devant le mécanisme découpeur F qui est disposé pour fonctionner de façon à tronçonner des longueurs prédéterminées du tube.
Description de la filière
La disposition de la filière est montrée de façon plus détaillée aux fig. 4 et 13 à 15. La filière comprend la partie extérieure 26 en forme de cylindre ou de manchon dans lequel est disposée une partie centrale 27 comprenant aussi un organe cylindrique s'étendant verticalement d'un bout à l'autre de la partie de filière 26 et qui a un prolongement faisant saillie vers le haut 27ck (fig. 4). Le prolongement 27a possède un diamètre extérieur plus petit et une section de paroi plus mince que la partie 27, les deux parties étant jointes par une partie 27b allant en s'amincissant, qui s'étend vers le bas à l'intérieur de la partie de filière 26 de sorte que le passage formateur annulaire formé par les parties 26 et 27 a une partie terminale d'entrée amincie ou agrandie, à des fins qui seront plus amplement expliquées ci-après.
Entourant la partie de filière 26, un manchon 28 divisé en plusieurs zones: une zone la plus élevée 29 pour un agent intermédiaire de refroidissement tel que l'eau, avec des raccordements d'entrée 30 et de sortie 31 pour la circulation d'eau. Un appareil de commande sensible à la température règle le débit de l'eau. La zone 29 est située autour de la portion terminale d'entrée du conduit de filière entre la partie de filière 26 et la partie de partie centrale 27b et la circulation d'eau à travers cette zone refroidit la résine dans la portion terminale d'entrée dudit conduit et ainsi empêche le durcissement de la résine dans cette partie du conduit.
Dans la région médiane de la filière une chambre 33 à l'intérieur de la chemise 28, permet la circulation d'un agent chauffant intermédiaire, par exemple, de la vapeur, pour laquelle des raccordements d'entrée et de sortie sont prévus. Le chauffage de la résine effectué à travers cette chambre aide à durcir la résine. A l'extrémité inférieure du conduit de filière, se trouve une chambre 36 pour la circulation d'eau de refroidissement, avec des raccordements d'entrée 37 et de sortie 38. L'action de cette
chambre est de réduire la température de l'article
solidifié au-dessous du point de déformation par la
chaleur avant la livraison de l'article à partir de l'extrémité inférieure du passage formateur.
Entre la chambre de refroidissement supérieure 29 et la chambre centrale de chauffage 33, il y a une
chambre 39 qui forme un espace mort qui sert à réaliser un accroissement de température plus progressif lorsque la résine se déplace vers le bas à travers le conduit de filière.
La partie centrale se divise, de façon analogue, en plusieurs chambres superposées, dont la chambre la plus élevée 40 s'étend vers le haut à travers le prolongement de la partie centrale, faisant saillie vers le haut, tout au long jusqu'au sommet de la structure de partie centrale. Cette chambre s'étend aussi vers le bas dans la partie amincie de la partie centrale située à l'intérieur de la portion terminale d'entrée du passage formateur, l'extrémité inférieure de la chambre de refroidissement 40 étant délimitée par la cloison 41. La chambre 42 dans la partie centrale de la filière est prévue pour la circulation d'un agent chauffant et dans le fond de la partie centrale, une chambre 43 est prévue pour le liquide de refroidissement. Les chambres 42 et 43 sont situées dans la même région verticale que les chambres 33 et 36 de la chemise 28 (fig. 13).
L'espace mort 44 est situé dans la partie centrale, entre la chambre de refroidissement supérieure 40 et la chambre chauffante 42 et un autre espace mort est situé dans la partie centrale entre l'extrémité inférieure de la chambre chauffante 42 et la chambre de refroidissement de fond 43.
Le rôle de l'espace mort 44 est le même que celui de l'espace mort 39.
La tuyauterie et les raccordements pour la circulation des agents intermédiaires de refroidissement et de chauffage à travers les chambres dans la partie centrale sont montrés non seulement aux figures 13, 14 et 15 mais aussi aux figures 8 à 11 et dans la représentation schématique de la fig. 12.
Le raccordement d'entrée 46 sert à introduire l'eau de refroidissement dans la chambre 40 que cette eau quitte par le raccordement de sortie 47, associé à l'extrémité supérieure du tuyau vertical 48 qui s'étend vers le bas jusqu'à un point contigu à l'extrémité inférieure de la chambre 40 (fig. 12, 13 et 9). Le raccordement d'entrée 49 sert à introduire la vapeur dans la chambre 42 à travers le tuyau 49a, et la masse condensée est retirée de la chambre chauffante 42 au moyen du tuyau 50 et le raccordement de décharge 51. Le liquide de refroidissement est fourni à la chambre de fond 43 par le raccordement d'entrée 52 communiquant avec le tuyau 53 et l'eau est déchargée de la chambre 43 au moyen du tuyau 54 communiquant avec le raccordement de sortie 55.
En se référant aux raccordements chauffants et de refroidissement et à la tuyauterie à l'intérieur de la partie centrale on peut noter que beaucoup de ces parties ont été omises dans la représentation à la fig. 4 pour la clarté du dessin.
Le raccordement d'entrée pour la vapeur introduite dans la chambre 42 et le raccordement de sortie pour la masse condensée portent une isolation 56 dans la région où ces raccordements passent à travers la chambre de refroidissement supérieure 40 et l'espace mort 44 (fig. 9, 12 et 13). Une autre garniture 57 se trouve autour du raccordement d'entrée du liquide de refroidissement dans la chambre 43, dans les régions où ce raccordement passe à travers la chambre de chauffage 42 et l'espace mort 45.
Un indicateur de température ou bulbe capillaire 58, est logé dans un enfoncement à l'intérieur de la division en segment 59 de la partie centrale (voir fig. 10), cet appareil ayant un raccordement 60 s'étendant vers le haut à travers un tuyau 60a et hors de la structure de partie centrale en 61. Un indicateur de température 62 (voir fig. 13 et 14) est aussi prévu dans l'espace chauffant 33 de la filière ellemême.
Tous les éléments de la partie centrale sont assemblés et fixés ensemble au moyen de la tige centrale 63 qui s'étend depuis la plaque de fermeture supérieure 64 pour la partie centrale, en descendant tout le long de celle-ci jusqu'à la plaque de fermeture de fond 65 (voir fig. 4 et 13).
Un déflecteur 66 situé dans un plan radial sur un côté de la partie centrale à l'intérieur de la zone de refroidissement supérieure 40 empêche le court-circuitage du liquide refroidisseur de l'entrée à la sortie (voir fig. 9). Un déflecteur semblable 67 sert aux mêmes fins dans la chambre inférieure 43 de la partie centrale (voir fig. 11).
La partie extérieure de la filière et sa partie centrale ont des chambres de refroidissement, de chauffage et de refroidissement situées de façon semblable.
Les agents de transfert de chaleur sont commandés pour produire une certaine température de la résine.
D'abord la température dans l'extrémité d'entrée du conduit de filière où le renforcement est comprimé et d'où la résine en excès est retournée au récipient à résine, est maintenue suffisamment basse pour empêcher un durcissement de la résine.
La chambre chauffante dans la région médiane de la partie extérieure de filière et la partie centrale servent au durcissement et à la préparation de la résine et ainsi à la solidification de l'article formé dans la région médiane de la structure de filière dans laquelle le passage formateur est de section transversale droite, par exemple, de section transversale uniforme.
Les chambres de refroidissement finales à rextré- mité inférieure de la partie extérieure de filière et la partie centrale servent à abaisser la température de l'article solidifié et formé au-dessous du point de déformation par la chaleur avant la sortie ou la livraison de l'article formé à l'extrémité de livraison du passage formateur.
Mécanisme de tirage
Comme on le voit aux fig. 1 et 4, la structure de filière A dans son ensemble est montée sur un palier 68 qui est supporté à l'extrémité supérieure du bâti 69 du mécanisme de tirage à allure traînante
B. L'extrémité inférieure de ce bâti est montée sur les éléments de planchers E comme montré à la fig. 1.
Le mécanisme de tirage à allure traînante est d'un type connu en soi et les détails du montage et de la conduite des éléments n'ont pas besoin d'être décrits ici. Toutefois, certains points devraient être considérés en relation avec ce mécanisme de tirage à allure traînante, y compris le fait qu'il y a plusieurs éléments serrants chacun ayant des sabots de serrage 70 comprenant des blocs formés pour s'adapter à et engager la plus grande portion de la circonférence du tube P fabriqué (voir fig. la). Compte non tenu du nombre d'éléments traînants et de sabots de serrage, il est désirable que ces sabots engagent une portion substantielle et préférablement la plus grande partie de la périphérie du tube permettant ainsi d'appliquer une haute pression sans danger d'effondrement du tube.
Chaque sabot comporte de préférence une garniture en caoutchouc ou autre garniture à friction de façon à pouvoir exercer une forte traction sur le tube fabriqué lorsque les sabots sont poussés l'un vers l'autre. Un tel serrage du tube par les sabots est réalisé par les cylindres pneumatiques 71 qui servent à pousser les deux éléments traînants l'un vers l'autre et à serrer ainsi efficacement le tube entre les paires opposées de sabots de serrage 70.
Mécanisme découpeur
Au-dessous des planchers ou éléments de support
E, est disposé le mécanisme découpeur F, comme montré aux fig. 1 et 2, pour réaliser le coupage du tube en pièces de la longueur désirée. Ce mécanisme comprend un disque coupant 72 monté sur l'arbre d'un moteur 73 qui est à son tour porté par les bras parallèles 74 qui pivotent sur des pivots horizontaux sur l'arbre vertical 75. Le poids des leviers, des disques coupants et du moteur est équilibré par un poids indiqué en 76. L'arbre vertical 75 est monté pour tourner autour de son propre axe vertical, ce mouvement étant commandé par un bras 77 qui est relié à une tige 78 fixée à son tour à un piston 79 travaillant dans un cylindre 80.
Le cylindre sert à faire osciller les bras et ainsi le moteur et le disque coupant sur un chemin arqué, dont les limites sont indiquées par les cercles en trait discontinu 72a et 72b. De cette manière le disque coupant peut être amené à engager et à couper le tube P.
Bien que les détails des commandes pour ce mécanisme n'ont pas besoin d'être considérés ciinclus, on peut noter que le fonctionnement du moteur et du cylindre 80 est réglé par deux appareils de commande 81 et 82 (voir le bas de la fig. 1), l'appareil 81 lorsqu'il est engagé par l'extrémité infé rieure du tube P agissant pour faire passer le courant dans le moteur 73 pour entraîner le disque coupant et aussi pour faire passer le courant dans un solé noïde de la soupape à double solénoïde 73a du cylindre 80 de façon à faire osciller le disque coupant suivant l'arc prévu pour couper une longueur du tube (fig. 2), par exemple, d'une des positions 72a ou 72b à l'autre de ces positions.
Lorsqu'une longueur donnée du tube a été coupée de cette manière, cette pièce tombe par l'effet de la pesanteur et ce faisant engage l'appareil de commande 82 qui à son tour coupe le courant dans le moteur de disque coupant et arrête le cylindre. Le disque coupant se tient alors hors du chemin du tube P et permet ainsi à une nouvelle longueur du tube de descendre pour une opération de coupure subséquente.
A ce moment le disque coupant oscille dans l'autre sens pour couper une autre longueur de tube.
Les leviers pivotants 74 et la disposition de contrepoids 76 permettent au disque de suivre le mouvement descendant du tube pendant la totalité de l'opé- ration de coupage après laquelle le contrepoids élève de nouveau le disque à la position désirée pour commencer l'opération de coupe suivante.
Dispositif d'alimentation de résine
Monté sur et à l'extrémité supérieure de la structure de filière A, se trouve un réservoir de résine montré en C à la fig. 1 et comprenant un bassin profond 83 comme on le voit à la fig. 4. Le fond de ce bassin de résine est ouvert à l'extrémité d'entrée supérieure du passage formateur annulaire entre la partie de filière 26 et la partie centrale 27. Un tube de drainage 84 se trouve vers le fond de la bassine à résine et est normalement bouché. La résine est introduite dans le bassin de façon à maintenir un niveau tel que celui indiqué en L à la fig. 4.
Dispositif d'alimentation de fibre
de renforcement
Comme mentionné ci-dessus, le renforcement fibreux pour l'article fabriqué est fourni par le dispositif d'alimentation D de la fig. 1. Comme vu de façon plus détaillée aux fig. 3 à 7, ce dispositif d'alimentation comprend plusieurs bobines 85 disposées en une série autour de l'axe de la partie centrale et de la structure de filière, chaque bobine tournant dans un plan radial, comme il apparaît clairement à la fig. 3. Chaque bobine est montée au moyen de paires de paliers 86 qui sont fixés à une plaque centrale 87 qui est montée au moyen d'entretoises 88 faisant saillie vers le bas depuis la plaque 87 jusqu'à une plaque 89 qui est fixée à la structure de filière au moyen de la plaque 90.
Au centre de la plaque supérieure 87 se trouve un montage 91 qui est soudé à l'organe de fermeture d'extrémité supérieure 64 de la structure de partie centrale, le montage 91 s'appuyant étant boulonné sur la plaque 87 et constituant ainsi le support de la structure de partie centrale qui est suspendue à partir de là, en descendant, tout au long à travers le bassin à résine et l'ouverture dans la partie de filière 26.
Dans la réalisation particulière représentée il y a douze bobines 85, chacune de ces bobines portant un approvisionnement d'une bande fibreuse comme indiqué schématiquement en 92 aux fig. 1 et 4 et montré aussi à la fig. 3. Chacune des bandes quitte sa bobine 85 et passe à travers un guide, tel que le guide tubulaire 93 ayant un passage de section transversale conforme à la section transversale de la bande de renforcement. A l'extrémité intérieure de chaque guide est un élément incurvé 94 servant à guider la bande sur un arc vers le bas pour coopérer avec des organes de guidage additionnels auxquels on se référera ciaprès.
Les bobines 85 et les bandes de renforcement fournies par celles-ci sont divisées en quatre groupes, chaque groupe comprenant trois telles bobines et bandes espacées angulairement de 1200 entre elles autour de l'axe vertical de la structure et intercalées avec les bobines des autres groupes. Les trois bandes dérivées du premier groupe de trois bobines sont toutes amenées radialement vers l'intérieur à travers les guides 93 (des portions de deux de ces guides apparaissant vers le haut de la fig. 4) dans le même plan horizontal et les bandes de ce groupe passent vers le bas sur les lèvres incurvées 94 et après cela dans l'extrémité supérieure ou d'entrée d'un entonnoir de guidage 95 (fig. 1, 3, 4 et 17).
De façon analogue le second groupe de trois bandes est amené radialement vers l'intérieur à travers les guides 93 (dont l'un apparaît vers la gauche de la fig. 4 et tous les trois apparaissent à la fig. 5) et ces guides livrent le second groupe de trois bandes à l'intérieur de l'extrémité supérieure d'un entonnoir 96.
Un groupe semblable de trois guides 93 (voir fig. 6) livre les trois bandes du groupe suivant dans un entonnoir 97 (voir aussi fig. 4). Finalement le quatrième ou dernier groupe de bandes est dirigé par un jeu de trois guides 93 (dont l'un apparaît à droite de la fig. 4 et tous les trois sont montrés à la fig. 7), ce dernier groupe de trois bandes étant livré depuis les guides 93, dans l'entonnoir le plus bas 98 qui, comme vu à la fig. 4 est situé au-dessous du niveau L de la résine dans le bassin à résine. Cet entonnoir 98 a ses bords supérieurs coupés pour permettre l'accès à la portion inférieure du bassin à résine.
D'après ce qui précède on voit que les bandes de renforcement sont déposées en couches autour de la structure de partie centrale, chaque couche comprenant trois bandes disposées substantiellement côte à côte. En raison de la position intercalée des bobines des divers groupes autour de l'axe vertical de l'appareil, les bandes de chaque groupe sont déposées de façon décalée de la manière qui sera claire en examinant la fig. 16. Dans cette figure quatre couches de bandes de renforcement apparaissent en Rj, R2, R3 et R4. Chacune de ces couches comprend trois bandes et il faut remarquer que les joints entre les bandes de chaque couche successive sont décalés par rapport aux joints dans la couche suivante, de 30 degrés.
Ainsi les bandes d'une couche recouvrent les joints des bandes dans les couches contiguës et ceci est important pour augmenter la valeur de renforcement de la matière de renforcement fibreuse introduite dans le système.
Lorsqu'on fabrique des articles tubulaires, spécialement des tubes cylindriques, il est préférable selon l'invention d'employer dans chaque couche des bandes de renforcement d'une largeur telle qu'elles se touchent substantiellement bord à bord, bien qu'à certaines fins un certain recouvrement puisse être employé. Dans la disposition où les bandes de chaque couche sont d'une largeur telle qu'elles se touchent bord à bord, il est préférable que les bandes de chaque couche en partant du centre vers la circonférence du tube soient graduées en largeur, les bandes les plus étroites étant au centre et les bandes les plus larges à la circonférence, de sorte que la disposition bord à bord appropriée est maintenue malgré l'accroissement de la dimension circonférentielle dans les couches extérieures.
Lorsque les diverses couches de bandes de renforcement sont déposées autour de la partie centrale, cette structure de renforcement tout entière passe vers le bas à travers la résine dans le bassin à résine 83 et à travers le fond du bassin à résine et pénètre dans l'extrémité d'entrée du passage formateur dans la filière. En raison de la portion allant en s' amincissant de la partie centrale 27b, le renforcement fibreux est en quelque sorte comprimé lorsqu'il entre dans le passage formateur. Cette disposition permet aussi l'imprégnation par la résine des bandes de renforcement, l'action de l'extrémité d'entrée amincie du passage formateur augmentant l'imprégnation et servant aussi à aider à expulser tout air qui peut être emprisonné à l'intérieur du renforcement.
Dispositif additionnel d'alimentation
de résine
L'imprégnation complète du renforcement par la résine est encore augmentée par l'utilisation de l'appareil représenté à la fig. 18. Cette vue montre un des guides 93 du premier jeu ou jeu supérieur de trois guides par lesquels la bande 92 est livrée radialement vers l'intérieur et après cela vers le bas à travers l'entonnoir 95. Juste au-dessus du guide 93 se trouve un petit bassin à résine 99, vers l'extrémité intérieure duquel se trouve une paroi terminale réglable 100 sous laquelle la résine peut s'écouler pour être livrée à la surface supérieure de la bande fibreuse 92 dans la région de la lèvre incurvée de la matière en feuille ou en bande du type feutré ou des étoffes tissées ou de la toile ou des boudins, ou des combinaisons de ces formes.
A certaines fins telles que la fabrication de tubes, on préfère employer des bandes fibreuses et en outre encore on préfère une certaine combinaison de bandes fibreuses, dont quelques-unes sont orientées longitudinalement ou axialement par rapport aux bandes et dont quelquesunes oontiennent, incorporées, des quantités substantielles de fibres ou toutes les fibres distribuées ou orientées dans tous les sens.
Pour une explication plus précise on se réfère ici aux fig. 23, 24 et 25 qui représentent d'une manière simplifiée ou schématique trois différentes matières fibreuses en bande destinées à être employées à des fins variées.
La fig. 23 donne une représentation fragmentaire d'une bande en nappe dans laquelle les fibres sont toutes orientées dans des sens quelconques. Une telle nappe en fibre de verre existe en divers poids ou densités. D'ordinaire, cette matière est constituée par des fibres à monofilaments et a une tendance à maintenir une texture spongieuse ou flexible même lorsqu'elle est mouillée avec de la résine liquide. La présence de fibres à monofilaments a aussi pour effet d'augmenter l'aptitude de la manière à être aisément imprégnée par la résine.
La matière feutrée en nappe dans tous les sens du type montré à la fig. 23, n'a pas une résistance à la traction particulière dans une direction privilégiée et à certaines fins on préfère employer une matière fibreuse ayant une plus grande résistance à la traction, spécialement dans la direction longitudinale des bandes et ainsi longitudinalement ou axialement par rapport à l'article formé. Une telle matière faite en fibres de verre est représentée à la fig. 24 également d'une manière simplifiée ou schématique.
Cette matière a quelques fibres qui sont disposées dans des sens quelconques, mais en outre elle contient incorporés des boudins s'étendant longitudinalement par rapport aux bandes, du haut en bas (fig. 24).
Cette combinaison de boudins contenant des filaments orientés longitudinalement par rapport à la bande, en même temps que d'autres fibres distribuées de façon quelconque, existe aussi dans des poids variés différents. Le nombre de filaments distincts dans les boudins employés dans une nappe de ce type peut aussi varier comme peut varier l'espacement des boudins. Dans une telle natte vingt boudins terminaux avec un espacement d'environ cinq ou six sur 2,5 cm de largeur peuvent être employés. Dans tous les cas, les boudins confèrent une forme considérable, spécialement longitudinalement aux bandes de renforcement fibreuses et ainsi axialement à la pièce fabriquée.
Un autre renforcement fibreux (fig. 25), tissé ou en tissus de verre dans lequel les fibres sont tissées dans les deux sens. Un tel tissu est utilisé à diverses fins dans l'invention et tandis que la fig. 25 représente une texture carrée ou simple, d'autres types d'étoffes d'autres textures diverses, peuvent aussi être utilisés. L'utilisation d'un tel tissu sera plus amplement expliquée ci-dessous en relation avec le procédé de démarrage employé selon l'invention. Toutefois avant de passer à une description de ce procédé de démarrage on se réfère de nouveau à la construction ou réalisation du renforcement comme préférablement employé dans un tube, par exemple, comme représenté à la fig. 16.
Selon l'invention, les couches ou plis les plus à l'intérieur et les plus à l'extérieur R1 et R4 du renforcement sont constitués par des bandes de matière fibreuse dans laquelle il y a au moins une certaine orientation considérable de fibres. A cet effet, on préfère employer de la nappe du type représenté à la fig. 24 dans laquelle les boudins apportent une résistance substantielle à la traction dans le renforcement fibreux dans le sens axial de la pièce formée.
En même temps on préfère utiliser pour les couches intermédiaires R2 et R3 une nappe du type dans lequel les fibres sont orientées de façon quelconque, par exemple du type représenté à la fig. 23. Plusieurs avantages résultent de cette combinaison de bandes fibreuses, comprenant le fait que les boudins présents dans les couches R1 et R4 donnent une bonne résistance à la traction axialement à la pièce et spécialement axialement aux couches de renforcement qui sont en contact avec les parois intérieures et extérieures du passage formateur annulaire, ces couches étant naturellement soumises à des forces de traction tendant à rompre le renforcement pendant l'opération de formation et de préparation tandis que les matières passent à travers la structure de filière.
L'alternance des bandes de fibres en sens quelconques du type montré à la fig. 23 dans la portion intérieure du renforcement de la paroi de tube, augmente l'imprégnation du renforcement et assure que la résine pénétrera de bout en bout à l'intérieur de la paroi de tube et ainsi réduit la présence de trous ou de porosité. La texture élastique des nappes à fibres à sens quelconques, aide aussi au remplissage du passage de filière ou du passage formateur et à 1' absorption pour ainsi dire des irrégularités pouvant exister dans d'autres composants du renforcement employé.
Une combinaison de ce type s'est avérée comme donnant des résultats particulièrement efficaces à la fois du point de vue de la production et aussi du point de vue de l'article lui-même, spécialement là où les bandes formant les diverses couches de la structure de renforcement sont disposées décalées entre elles, comme représenté à la fig. 16, réalisant le recouvrement des joints entre les bandes d'une couche par les bandes contiguës ainsi, malgré le fait que les bandes s'étendent dans l'article fini dans le sens axial de celuI-ci, une bonne force est apportée dans l'article non seulement axialement, mais aussi circonférentiellement.
La matière résineuse
En ce qui concerne la matière résineuse employée selon l'invention, l'invention concerne particulièrement l'emploi de matières thermodurcissables préférablement les résines du type polyester, quelquefois aussi dénommées résines alkydes. Les résines de ce type sont habituellement formées par une réaction d'un acide dibasique avec un alcool polyhydrogéné.
Les produits de réaction ainsi formés et ayant une non-saturation dans la molécule sont préférablement utilisés selon l'invention et sont employés en combinaison avec un agent d'articulation transversale, habituellement un monomère tel que le styrène.
Ces résines avant préparation sont relativement stables à la température ambiante et comprennent un liquide plus ou moins mobile. On préfère aussi employer un lubrifiant tel que la cire de caroube répartie dans la résine.
Procédé de démarrage
Le procédé de démarrage est décrit avec référence aux fig. 1, 4 et 21. La plaque 108 au fond de la filière est reliée à l'organe d'extrémité 68 du cadre du mécanisme de tirage au moyen de boulons 109. Des trous à fentes sont ménagés soit dans la plaque 108 soit dans la partie 68, soit dans les deux, afin de permettre le déplacement relatif de la filière par rapport au mécanisme de tirage et ainsi par rapport à la ligne de tirage établie par le mécanisme de tirage. Ainsi, lorsque les parties sont assemblées, l'axe du passage formateur dans la filière peut être convenablement aligné avec l'axe de tirage par le mécanisme de tirage.
En enlevant les boulons 109, la portion supérieure entière de l'installation peut être soulevée du cadre 68 du mécanisme de tirage sans déranger la composition ou le support du mécanisme de tirage.
Ainsi, le mécanisme de tirage est effectivement supporté sur les éléments structuraux E indépendamment de la filière et des dispositifs d'alimentation de résine et de renforcement. D'autre part, la structure de filière et les dispositifs d'alimentation de résine et de renforcement sont supportés sur le mécanisme de tirage d'une manière permettant son enlèvement.
Au sommet du mécanisme se trouve un oeilleton de levage 110 (fig. 4), relié à l'extrémité supérieure des parties fixées à la partie centrale et servant à élever toute la portion supérieure de l'appareil jusque et y compris la structure de filière A. Ceci est accompli du fait de la fixation de la plaque 87 à l'extrémité supérieure de la partie centrale et à la fixation de la structure de filière à la plaque 89 et à travers cette plaque aux entretoises 88 qui sont assemblées à leurs extrémités supérieures à la plaque 87.
Un avantage important en prévoyant cette séparation unitaire et ce levage des portions supérieures de l'appareil, est que cela facilite l'opération d'enfilage.
L'opération d'enfilage est effectuée comme suit:
Après séparation et élévation de la structure supérieure, diverses bandes de renforcement fibreux sont enfilées à partir de bobines de fourniture à travers les guides 93 et les entonnoirs 95, 96 et 97 et aussi à travers le réservoir de résine C et la structure de filière A, en l'absence, toutefois, de résine dans le réservoir de résine.
Les extrémités inférieures des bandes de renforcement enfilées à travers la structure y sont tirées suffisamment pour faire saillie à une distance au-dessous de l'extrémité de livraison du passage formateur dans la structure de filière, et ensuite un appareil de tirage 111 tel que montré à la fig. 22 est inséré dans l'extrémité ouverte de la structure de renforcement et monté à l'extrémité inférieure de la partie centrale d'une manière telle que le trou contre-alésé 1 lIa de l'appareil 111 s'adapte sur l'extrémité inférieure de la tige centrale 63 de partie centrale et son écrou. Les extrémités des bandes de renforcement sont attachées à cet appareil de tirage comme par une corde indiquée en 112 à la fig. 21.
Cette fixation est effectuée de manière à laisser les oreilles à ouvertures 113 à l'extrémité inférieure de l'appareil de tirage 111 faisant saillie de telle sorte qu'elles puissent être fixées au moyen de la cheville 114 à une oreille à ouverture 115 formée à l'extrémité supérieure d'une pièce pilote 116.
La portion supérieure de l'appareil de tirage 111 a préférablement un diamètre légèrement inférieur au diamètre de l'article formé et cet appareil de tirage a aussi un diamètre réduit au-dessous de la portion supérieure de manière à avoir en général la forme d'un bouton de porte et ainsi assurer une fixation serrée des extrémités des bandes de renforcement sur celles-ci lorsqu'elles sont attachées par la corde 112.
La pièce pilote 116 a désirablement un diamètre et une forme se conformant à la section transversale de l'article à former et, comme vu à la fig. 21, après que l'appareil de tirage a été fixé à la structure de renforcement, les portions supérieures du mécanisme sont replacées au sommet du mécanisme de tirage et fixées en position et la cheville 114 insérée de façon à relier l'appareil de tirage 111 à la pièce pilote 116 qui s'étend vers le bas à partir de celui-ci le long de la ligne de tirage et dans le serrage des appareils à allure traînante 70 du mécanisme de tirage.
Faisant suite à l'opération d'enfilage brièvement décrite ci-dessus et aussi à la mise en position de la pièce pilote 116 dans le mécanisme de tirage et faisant suite à la jonction de l'appareil de tirage 111 à la pièce pilote 116, l'opération peut démarrer en chauffant d'abord la structure de filière et de partie centrale par introduction du système de chauffage dans les chambres 33 et 42. Le courant d'eau de refroidissement à travers les chambres de refroidissement aux extrémités d'entrée et de sortie de la filière et de la partie centrale peut également démarrer.
Lorsque la chambre de chauffage a été amenée à la température convenable, la résine est introduite dans le bassin à résine 83 et après un court intervalle pour assurer l'imprégnation de la structure de renforcement, on fait démarrer le mécanisme de tirage et la pièce pilote est de ce fait avancée, tirant ainsi l'appareil de tirage 111 et aussi commençant le mouvement descendant du renforcement à travers la
structure de filière.
Lorsque la portion imprégnée de résine du renforcement émerge de l'extrémité inférieure de la structure de filière, elle entre dans le mécanisme de tirage et au moment convenable le mécanisme de tirage serre l'article solidifié lui-même et continue l'avancement de celui-ci de la manière déjà mentionnée ci-dessus. I1 faut remarquer que la longueur du mécanisme de tirage est égale à plusieurs fois la longueur de la structure de filière, en vue de quoi la pièce pilote continue à être engagée par le mécanisme de tirage jusqu'à ce que le tube complètement formé et solidifié ait atteint le mécanisme de tirage et y ait pénétré de quelque distance considérable.
Le procédé de démarrage précédent peut être réalisé substantiellement de la manière généralement décrite en utilisant des bandes de renforcement du type désiré dans l'article fini, mais on préfère utiliser certains autres types de bandes de renforcement temporairement pendant le procédé de démarrage, afin de faciliter l'opération d'enfilage et d'autres aspects de l'opération de démarrage.
Ainsi, dans une opération de démarrage préférée, plusieurs bandes de renforcement sous forme de tissu, telle que représentée à la fig. 25, sont initialement enfilées à travers la structure de filière et préférablement deux couches de ces bandes tissées sont initialement enfilées à travers la structure de filière
(en l'absence de résine dans le bassin à résine). Après cela les bandes pour réaliser des couches de renforcement additionnelles sous la forme de nappes, par exemple soit du genre montré à la fig. 23, soit du genre montré à la fig. 24, sont introduites entre les deux couches d'étoffe tissée. Cet assemblage de bandes est ensuite fixé à l'appareil de tirage 111, et l'opération de démarrage a lieu conformément à la précédente description.
Lorsque l'article solidifié (contenant les couches d'étoffe tissée) est suffisamment avancé pour être saisi par le mécanisme de tirage, on substitue à la source de fourniture des bandes tissées, d'autres bandes avantageusement en forme de nappes (fig. 24), et finalement l'article fini est fabriqué de manière à incorporer des formes variées de bandes de nappes éliminant complètement les bandes d'étoffe tissée qui étaient utilisées dans l'enfilage initial.
I1 y a plusieurs raisons pour lesquelles le procédé précédent est avantageux, comprenant les raisons suivantes:
En premier lieu, lorsqu'on fabrique un article tubulaire, tel qu'un tube et spécialement dans le cas d'un tube à parois minces, le passage annulaire à travers la structure de filière est d'une section tellement petite qu'il est extrêmement difficile d'enfiler les bandes de renforcement en nappes, relativement épaisses et volumineuses à travers le passage formateur.
Les renforcements en étoffe tissée, au contraire, sont relativement minces, spécialement par rapport à leur résistance à la traction, et ces bandes minces peuvent être facilement poussées à travers le passage formateur, ou même tomber par gravité à travers le passage et être ensuite utilisées comme un moyen pour tirer les bandes les plus épaisses désirées en dernier lieu, à travers le passage de filière. En outre, le commencement de l'opération représente une condition dans laquelle des ruptures du renforcement ont le plus de chances de se produire. L'arrêt de l'appareil à ce moment nécessiterait le démontage de portions de l'appareil afin de nettoyer complètement le passage formateur et d'effectuer d'autres opérations qui ne sont pas économiques dans le fonctionnement d'une telle installation.
La force supérieure des bandes d'étoffe tissée évite de telles ruptures et présente un moyen plus consistant pour commencer l'opération.
Dans un exemple particulier, une opération de démarrage s'effectue comme suit, en se référant aux fig. 3 à7 et21 à25:
I. Les portions supérieures du mécanisme étant enlevées par élévation du mécanisme de tirage, une couche comprenant trois bandes d'étoffe tissée est enfilée à travers les guides 93 et dans l'entonnoir 95 et de là vers le bas le long de la partie centrale et à travers le passage formateur pour faire saillie au-dessous de la structure de filière. Ceci est effectué en l'absence de résine dans le bassin 83 et sans que de la résine soit appliquée à l'extrémité supérieure de la partie centrale.
2. Une seconde couche semblable de trois bandes d'étoffe tissée est tirée à travers les guides les plus bas 93 et après cela vers le bas à travers le passage formateur, ce second groupe de bandes étant fixé au premier, de sorte que le premier sert à tirer le second à travers le passage, ou dans quelques cas le premier porte le second à travers le passage de filière uniquement par simple friction.
3. Une couche comprenant trois bandes de matière du type de natte, par exemple, comme montré à la fig. 24, est fournie à partir de bobines 85 à travers les guides 93, dans le second entonnoir 96 et après cela vers le bas entre les bandes d'étoffe tissée, y étant fixée par agrafage ou par couture si nécessaire, et étant ainsi tirée à travers le passage formateur.
4. Une seconde couche semblable de trois bandes de nappe, telle que montré à la fig. 24, est introduite à travers les guides 93 livrant dans l'entonnoir 97 et semblablement fixée à d'autres couches de tissu et ainsi tirée à travers le passage formateur. Ceci fait un total de quatre couches comprenant deux d'étoffe tissée respectivement à côté des surfaces de partie centrale et de filière, et deux de nappe, et avec les bandes des diverses couches décalées autour de la cavité, de sorte que tous les joints sont couverts.
5. Lorsque toutes ces bandes sont tirées à travers le passage, les bandes sont coupées en un lieu situé à environ 10 à 15 cm au-dessous de l'extrémité de la filière.
6. L'appareil de tirage 111 est ensuite inséré et fixé au moyen d'une corde, telle que montrée en 112, et cet assemblage est ensuite préférablement imprégné au-dessous de l'extrémité de la filière avec un adhésif, tel qu'une résine durcissant à la température du local.
7. La pièce pilote ou faux tube 116, qui peut comprendre une pièce de tube métallique ou, si on le désire, un morceau de bois, est montée dans le mécanisme de tirage et réglée dans la position convenable pour permettre la fixation de l'appareil de tirage 111 lorsque les parties sont assemblées.
8. La portion supérieure du mécanisme est maintenant montée sur le cadre de mécanisme de tirage et convenablement alignée avec celui-ci, l'appareil 111 étant relié à la pièce pilote au moyen de la cheville 114.
9. Les jonctions sont faites au passage de transfert de chaleur des structures de filière et de partie centrale, et la région centrale de la filière et de la partie centrale est chauffée.
10. Si on le désire, en ce point, une cinquième couche comprenant trois bandes de nappe, telle que montré à la fig. 24, peut être introduite dans le système, par exemple, à partir d'une disposition de bobine multiple du genre montré à la fig. 20, bien que les bandes de cette cinquième couche eussent préférablement été alimentées par des bandes - et à l'intérieur de celles-ci - formant la couche la plus extérieure d'étoffe tissée.
11. Lorsque la cinquième couche est utilisée comme indiqué au No 10 ci-dessus, le mécanisme de tirage est mis en action et l'assemblage d'éléments de renforcement est tiré jusqu'à ce que l'extrémité de tête de la cinquième couche soit à l'extrémité de livraison de la structure de filière et en ce point la machine est arrêtée.
12. Que la cinquième couche soit utilisée ou non, après que le chauffage de la filière et de la partie centrale s'est stabilisé, la résine liquide est versée dans le bassin à résine 83 jusqu'au niveau nécessaire, par exemple, à 25 à 30 cm au-dessus du fond du bassin. La résine est aussi introduite dans les bassins à résine 99 (fig. 18). Le système peut alors rester, au moins pendant un court intervalle, par exemple environ une minute, pour donner le temps nécessaire à l'imprégnation du renforcement par la résine. Cette période de repos ne doit cependant pas permettre à une grande quantité de résine de s'écouler vers le bas dans la cavité de filière et être durcie sur celle-ci par la chaleur avant de faire démarrer le mécanisme de tirage.
13. On fait démarrer ensuite le mécanisme de tirage et la structure de renforcement en état d'imprégnation se déplace maintenant vers le bas à travers le passage formateur.
14. Lorsque la matière imprégnée et préparée, par exemple l'article solidifié, apparaît à l'extrémité de livraison du passage formateur, les bandes d'étoffe tissée formant la couche extérieure du renforcement, sont coupées en un point en avant de l'extrémité d'entrée des guides 93 (du groupe le plus bas) et en même temps une couche comprenant trois bandes de nappe à fibres de sens quelconques, telle que montrée à la fig. 23, est introduite à travers un groupe de guides 93 qui amènent cette nouvelle couche dans une position intermédiaire. Ceci peut être habituellement effectué sans arrêter la machine, mais un court intervalle d'arrêt peut être effectué si ce temps est nécessaire pour faire la disposition et effectuer les fixations.
15. Lorsque l'extrémité traînée des bandes tissées qui forment initialement le pli le plus extérieur a avancé à travers la filière et au-delà de celle-ci, la couche la plus intérieure de bandes tissées est coupée et semblablement remplacée par une couche de trois bandes de nappe (fig. 23), située dans une position intermédiaire.
Conformément à ce qui précède, l'opération est ainsi établie d'une manière procurant un renforcement comprenant quatre ou cinq couches, dont les plus extérieures sont formées de nappes du type montré à la fig. 24 ayant quelque appréciable orientation de fibres axialement à la pièce formée et dont les couches intermédiaires sont formées de nappes comme montré à la fig. 23 dans laquelle en totalité ou en grande partie les fibres sont orientées de façon quelconque.
Lorsqu'on fait démarrer l'opération et qu'elle continue jusqu'à ce que le tube formé soit saisi par le mécanisme de tirage, il est désirable de desserrer les boulons 109 (fig. 21) jusqu'à ce que l'opération initiale indique quel alignement est nécessaire pour amener le tube formé exactement dans l'alignement de la ligne de tirage du mécanisme de tirage. Pour s'assurer que cet alignement est correct, si nécessaire la commande du mécanisme de tirage peut être momentanément renversée afin de donner à la filière la liberté de glisser dans la position correcte. Lorsque l'alignement convenable a été effectué, les boulons 109 sont naturellement serrés.
Pendant l'alimentation du renforcement vers le bas à travers le bassin à résine et dans l'extrémité d'entrée du passage formateur, le renforcement apporte naturellement dans l'extrémité d'entrée du passage, un excès de résine qui est expulsé et retourné dans le bassin à résine en raison de la forme amincie de l'extrémité d'entrée du passage formateur. Cet amincissement aide à comprimer ou à tasser le renforcement, car il est désirable qu'il soit sous la condition de compression pendant le temps de préparation de la résine, qui se produit dans la région médiane n'allant pas en s'amincissant, de la structure de filière.