WO2025012575A1 - Installation et procédé de fabrication en continu d'un élément composite longiligne - Google Patents

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WO2025012575A1
WO2025012575A1 PCT/FR2024/050950 FR2024050950W WO2025012575A1 WO 2025012575 A1 WO2025012575 A1 WO 2025012575A1 FR 2024050950 W FR2024050950 W FR 2024050950W WO 2025012575 A1 WO2025012575 A1 WO 2025012575A1
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monostrand
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multifilament fibers
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Mark SCHNYDER
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Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
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Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B15/00—Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00
    • B29B15/08—Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00 of reinforcements or fillers
    • B29B15/10—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step
    • B29B15/12—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step of reinforcements of indefinite length
    • B29B15/122—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step of reinforcements of indefinite length with a matrix in liquid form, e.g. as melt, solution or latex
    • B29B15/125—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step of reinforcements of indefinite length with a matrix in liquid form, e.g. as melt, solution or latex by dipping

Definitions

  • TITLE Installation and process for the continuous manufacturing of an elongated composite element
  • the present invention relates to the field of continuous manufacturing of elongated composite materials produced by impregnation of a polymerizable composition of multifilament fibers.
  • the present invention relates to an installation and a method for manufacturing composites in the form of single strands comprising continuous, unidirectional multifilament fibers embedded in a polymerizable resin.
  • the present invention relates more particularly, but not exclusively, to the manufacture of composite glass resin monostrands, acronym “CVR”, having high mechanical properties.
  • Such elongated composite materials can be used in the form of composite reinforcements which can be used, in particular, for the reinforcement of semi-finished products or finished rubber articles such as vehicle tires, for example of the pneumatic or non-pneumatic type or in concrete reinforcement applications, snowmobile tracks, tubular structures, etc.
  • a device 1 for manufacturing a single strand of glass-resin composite comprises a reel 10 containing glass fibers 11 in the form of multifilaments and continuously unwound by driving according to arrow F by a drive means (not shown), so as to produce a rectilinear arrangement 12 of these fibers 11.
  • the arrangement 12 then passes through a vacuum chamber 13 arranged between an inlet pipe 13a and an outlet pipe 13b and an impregnation chamber 14 downstream of the outlet pipe 13b and filled with impregnation composition 15 based on a curable resin.
  • the device 1 further comprises a calibration die 16 at the outlet of the impregnation chamber 14 so as to form a single strand 17 and a radiation device 18 comprising, for example, a protective tube 18a through which the composite single strand 17 circulates and a plurality of UV irradiators 18b in line in order to obtain a polymerized single strand 19.
  • the radiation device 18 further comprises a nitrogen injection system (not shown).
  • Document FR 3 1 17 061 - B 1 is also known, which describes a method and a device for manufacturing composites based on multifilament fibers comprising means for producing an arrangement of multifilament fibers in the form of several strands.
  • Each polymerization die comprises an annular lamp with LEDs directed axially relative to the impregnated strand and a reflector intended to direct the radiation emitted by the LEDs radially towards the impregnated strand.
  • the fibers distributed in several strands are introduced into the impregnation chamber by passing them through different orifices of a separation plate and exit through orifices passing through an outlet plate, so that the strands travel linear and parallel paths between them from one plate to the other while being parallel to the longitudinal axis of the device.
  • the number of orifices corresponds to the number of strands that make up the bundle.
  • Such a solution is particularly radially bulky since the section of the impregnation chamber is directly proportional to the number of individual strands making up the multifilament bundle and therefore to the diameter of the final single strand.
  • the radius of the individual strands increases with the root of the number of individual strands. It is therefore not possible to increase the diameter of the final single strand without increasing the radial size of the manufacturing device.
  • the invention aims to optimize the polymerization of composite monostrands in order to facilitate access and maintenance of the installation, to reduce the radial dimension of the installation, to increase the reliability of production, to allow the increase of the cross section of the final single strand while maintaining a high production speed.
  • the present invention relates to an installation for the continuous production of an elongated composite element comprising a bundle of multifilament fibers impregnated with a composition based on a polymerizable material.
  • the installation comprises N stages of manufacturing a composite element, with N greater than or equal to 2 and a translation drive device configured to drive the bundle of multifilament fibers in translation to successively pass through the N stages.
  • Each stage comprises, in the direction of advancement of the bundle of multifilament fibers:
  • At least one module for preparing multifilament fibers impregnated with polymerizable material at least one calibration nozzle;
  • At least one radiation device arranged downstream of the calibration nozzle and through which the multifilament fibers impregnated with polymerizable material circulate and configured to carry out partial or total polymerization to form a composite single strand.
  • each stage of manufacturing a composite monofilament includes a degassing chamber, an impregnation chamber, in order to impregnate only the multifilament fibers necessary to carry out the partial or final polymerization stage.
  • Such an installation makes it easy to add additional preparation modules, and more generally stages of manufacturing a composite monostrand in order to increase the diameter of the final composite strand.
  • staged polymerization makes it possible to obtain a composite monostrand with a diameter of between 10mm and 30mm with a rate of between 10m/min and 50m/min, for example 30m/min.
  • Impregnated multifilament fibers can be in the form of single strands or fiber bundles.
  • the vacuum chambers and impregnation chambers can, for example, be fitted with covers to facilitate cleaning and the installation of multifilament fibres.
  • long-linear composite element a composite element of great length comprising a bundle of multifilament fibers embedded in a composition based on a polymerizable material, which is manufactured continuously from several supply reels of multifilament fibers to form a bundle which is driven in translation to successively carry out the impregnation of its fibers with polymerizable material and the polymerization of the material as the bundle moves.
  • multifilament fiber is meant a fiber which comprises several elementary filaments Fi arranged side by side to form a bundle whose elementary fibers are unidirectional while being substantially parallel to each other.
  • the multifilament fibers can be chosen from the group consisting of glass, carbon, silica, ceramic, flax, hemp, basalt, cellulose, etc. fibers. These multifilament fibers are used to produce elongated composites produced by impregnation of a polymerizable composition of the multifilament fibers.
  • the polymerizable material may be of the thermosetting type, preferably thermocrosslinkable, preferably of the vinylester type.
  • polymerizable material is meant a material comprising, by weight, more than 50%, preferably more than 75%, of organic matter and even more preferably more than 90% of organic matter.
  • this material may be a thermopolymerizable polymeric material, for example based on unsaturated polyester, polyepoxide, phenolic derivative, or aminoplast.
  • the polymerizable material is crosslinked.
  • the polymerizable material is a resin that can be crosslinked by ionizing radiation, the final polymerization being able to be triggered and easily controlled by means of an ionizing treatment, for example of the UV type.
  • the glass transition temperature Tg of the polymerizable material is preferably greater than or equal to 130°C, for example greater than 170°C, preferably greater than or equal to 180°C.
  • the final composite element is a single strand comprising multifilament fibers embedded in a polymerizable material, such as a thermosetting resin.
  • the final composite monofilament can take any known shape, it can be, for example, a cylindrical monofilament of large diameter, for example between 10mm and 30mm or a cylindrical monofilament of small diameter, for example between 0.5mm to 2.5mm.
  • the elementary filaments for example, each have an average diameter of between 5pm and 30pm.
  • the installation of the invention allows, of course, the manufacture of single strands of circular, rectangular, oval, elliptical, tubular, etc. cross section, and whose circumferential dimensions can be greater than 30 mm.
  • the drive device is, for example, of the type comprising a motorized traction drum for winding the composite element around its axis or comprising two motorized drums facing each other, spaced apart by a distance corresponding at least equal to the thickness of the composite element and which rotate in opposite directions to drive the final composite element, by friction, in a translational movement, making it pass into the space located between the two drums.
  • the installation comprises at least a first stage for manufacturing a main composite monostrand and a second stage for manufacturing a composite monostrand.
  • the second floor for example, forms a final floor.
  • the first stage of manufacturing of the main composite monostrand comprises, in the direction of advancement of the bundle of multifilament fibers:
  • a feeding device comprising, for example, several elementary filament feeding spools to form a bundle of multifilament fibers
  • a vacuum chamber or degassing chamber arranged for example between an inlet nozzle and a separation nozzle;
  • a first radiation device configured to partially or completely polymerize the first monostrand impregnated with polymerizable material and to form a main composite monostrand.
  • partial polymerization or pre-polymerization is meant that the degree of polymerization of the impregnated multifilament fibers has reached between 0.5% and 5% of complete polymerization.
  • the radiation degree can be assessed using a “DSC” type measuring instrument, an acronym for “Differential Scanning Calorimetry” in Anglo-Saxon terms.
  • the so-called “complete” or “final” polymerization of the composite is obtained when the degree of polymerization of the material polymerizable is close to 100%, preferably greater than or equal to 95% of complete polymerization.
  • the second stage of manufacturing the composite monostrand comprises, in the direction of advancement of the bundle of multifilament fibers:
  • a second calibration die configured to receive the additional multifilament fibers from the additional impregnated multifilament fiber preparation module, for example in the form of a single strand or a bundle, and the main composite single strand so as to form a first intermediate single strand;
  • a final radiation device located downstream of the calibration die, through which the first intermediate monostrand circulates and configured to carry out complete or final polymerization of said first intermediate monostrand and form a final composite monostrand.
  • the additional radiation device is configured to perform partial or intermediate polymerization of the first intermediate monostrand and to form a second pre-polymerized monostrand or second intermediate monostrand.
  • the second additional radiation device comprises an additional light source, for example with ultraviolet radiation.
  • the installation comprises a third stage for manufacturing the final composite monostrand and the second stage is configured to manufacture a second intermediate composite monostrand, the second stage comprising, in the direction of advancement of multifilament fibers:
  • a second calibration die configured to receive the additional multifilament fibers from the additional impregnated multifilament fiber preparation module and the main composite monostrand so as to form a first intermediate monostrand;
  • first intermediate radiation device located downstream of the second calibration die and configured to carry out a partial or intermediate polymerization of the first intermediate monostrand and to form a second intermediate monostrand.
  • the second floor here forms an intermediate floor and the third floor here forms a final floor.
  • the third stage includes, in the direction of advancement of the multifilament fibers:
  • a third calibration die configured to receive the additional multifilament fibers from the additional impregnated multifilament fiber preparation module and the second intermediate monostrand so as to form a third intermediate monostrand;
  • a final radiation device located downstream of the third calibration die, through which the third intermediate monostrand circulates and configured to carry out complete or final polymerization of said third intermediate monostrand and form a final composite monostrand.
  • the third stage could comprise between the third calibration die and the final radiation device, a first additional radiation device located downstream of the third calibration die and configured to perform a partial or intermediate polymerization of the third intermediate monostrand and to form a pre-polymerized monostrand.
  • the final radiation device is configured to perform complete or final polymerization of said pre-polymerized monostrand and form a final composite monostrand.
  • the second additional radiation device comprises an additional light source, for example with ultraviolet radiation.
  • the first radiation device comprises a first ultraviolet radiation light source.
  • the final radiation device comprises a final light source at least with infrared radiation advantageously for completing the polymerization of the pre-polymerized impregnated multifilament fiber bundle.
  • the final light source is configured to emit only infrared radiation, with a wavelength between 1 pm and 3 pm.
  • the final radiation device comprises a final light source configured to emit both infrared radiation and ultraviolet radiation.
  • the first ultraviolet light source and/or the additional light source/or the final light source may comprise a plurality of light-emitting diodes, acronym LED, preferably directed radially towards the impregnated multifilament fibers, preferably via reflectors.
  • LED light-emitting diodes
  • the first light source and/or the additional light source and/or the final light source could comprising a plurality of mercury vapor lamps configured to emit at least broad spectrum ultraviolet (UV) radiation, and infrared radiation.
  • UV broad spectrum ultraviolet
  • LEDs can reduce the release of styrene vapors, reduce fouling of the protection tube, and reduce variations in light intensity over time, which allows for more consistent polymerization of the multifilament fiber bundle.
  • LEDs have a longer life and lower or similar energy consumption than mercury vapor lamps and can reduce the release of styrene vapors into the atmosphere.
  • the final radiation device is distinct from the first radiation device and the additional radiation device.
  • the exposure time of the impregnated multifilament fiber bundle to the first UV light source is between 0.2 s and 2 s.
  • the power of the first UV light source is between 1000Watts and 3000Watts.
  • the final light source can comprise the combination of a plurality of mercury vapor lamps configured to emit at least broad spectrum ultraviolet radiation (UV), and infrared radiation and an infrared radiation device configured to emit only infrared radiation with an infrared radiation wavelength between 1 pm and 3 pm.
  • UV broad spectrum ultraviolet radiation
  • infrared radiation device configured to emit only infrared radiation with an infrared radiation wavelength between 1 pm and 3 pm.
  • the final light source may comprise a combination of a plurality of light emitting diodes, acronym LEDs, and a plurality of mercury vapor lamps configured to emit at least broad spectrum ultraviolet radiation (UV) and infrared radiation.
  • the final light source may comprise the combination of mercury vapor UV lamps, LEDs and infrared radiation.
  • the duration of exposure of the intermediate single strand to the additional UV light source is between 0.5s and 9s.
  • the power of the additional UV light source is between 1.1kW and 98kW.
  • the exposure time of the pre-polymerized monostrand to the final IR light source is between 2.6s and 23s and the power of the final IR light source is between 2.2kW and 98kW.
  • the exposure time of the pre-polymerized monostrand to the final light source is between 4s and 12s and the power of the final light source is between 8.7kW and 130kW.
  • Such an installation is particularly advantageous for manufacturing a composite monofilament from a bundle of multifilament fibers of large diameter, between 10mm and 30mm. Indeed, because the bundle of large diameter multifilament fibers retains heat for longer, it is not necessary to immediately complete the polymerization after the partial polymerization by the UV light source. It is then possible to add bundles of multifilament fibers to the main bundle of multifilament fibers before proceeding with the final polymerization by UV and IR rays.
  • the module for preparing the additional or secondary impregnated multifilament fibers comprises a feed device for forming multifilament fibers, in the form of a bundle or single strand, a vacuum chamber or degassing chamber and an impregnation chamber downstream of the vacuum chamber and filled with an impregnation composition based on a polymerizable material.
  • the second stage of manufacturing the final composite monofilament comprises two additional modules arranged in parallel.
  • the second stage of manufacturing comprises only one module or more than two additional modules.
  • each stage of manufacturing the composite monostrand comprises a heating device associated with the corresponding impregnation chamber and configured to heat the polymerizable material present in said impregnation chamber to a temperature between 50°C and 95°C, preferably 60°C to 80°C.
  • the invention relates to a method for the continuous manufacture of an elongated composite element comprising a bundle of multifilament fibers impregnated with a composition based on a polymerizable material, comprising the following successive steps:
  • each stage of manufacturing a composite monostrand comprises a step of preparing impregnated multifilament fibers comprising the following successive steps:
  • the impregnated monostrand is partially polymerized in a first radiation device to form a main monostrand of polymerizable material.
  • the main monostrand is associated with additional multifilament fibers coming from at least one additional impregnated multifilament fiber preparation module to form a first intermediate monostrand;
  • said first intermediate monostrand is polymerized in an additional radiation device configured to carry out a partial or intermediate polymerization of the first intermediate monostrand and to form a pre-polymerized monostrand or second intermediate monostrand;
  • said second intermediate monostrand is polymerized in a final radiation device located downstream of the additional polymerization radiation device configured to carry out complete or final polymerization of said second intermediate monostrand and form a final composite monostrand.
  • FIG. l very schematically represents an installation for manufacturing a composite element according to the state of the art
  • FIG.2 very schematically represents a manufacturing installation of a composite element according to a first embodiment of the invention
  • FIG.3 very schematically represents an installation for manufacturing a composite element according to a second embodiment of the invention.
  • FIG.4 is a flowchart illustrating certain steps in the process of manufacturing a composite element by an installation according to Figure 2.
  • Figure 2 schematically illustrates an installation 100 for manufacturing a very long, elongated EF composite element.
  • long-linear composite element is meant a composite element of great length comprising a bundle of multifilament fibers embedded in a composition based on a polymerizable material, which is manufactured continuously from one or more supply reels of multifilament fibers Fi_0 to form a bundle which is driven in translation according to arrow F to successively carry out the impregnation of its fibers with polymerizable material and the polymerization of the material as the bundle moves.
  • multifilament fiber is meant a fiber which comprises several elementary filaments Fi arranged side by side to form a bundle whose elementary fibers are unidirectional while being substantially parallel to each other.
  • Multifilament fibers can be chosen from the group consisting of glass, carbon, silica, ceramic, flax, hemp, basalt, cellulose fibers, etc. These multifilament fibers are used to produce elongated composites made by impregnation of a polymerizable composition of the multifilament fibers.
  • the polymerizable material may be of the thermosetting type, preferably thermocrosslinkable, preferably of the vinylester type.
  • polymerizable material means a material comprising, by weight, more than 50%, preferably more than 75%, of organic matter, preferably more than 95% of organic matter.
  • this material may be a thermopolymerizable polymeric material, for example based on unsaturated polyester, polyepoxide, phenolic derivative, or aminoplast.
  • the polymerizable material is crosslinked.
  • the polymerizable material is a resin that can be crosslinked by ionizing radiation, the final polymerization being able to be triggered and easily controlled by means of an ionizing treatment, for example of the UV type.
  • the glass transition temperature Tg of the polymerizable material is preferably greater than or equal to 130°C, for example greater than 170°C, preferably greater than or equal to 180°C.
  • the composite element EF is a single strand comprising multifilament fibers embedded in a polymerizable material, such as a thermosetting resin.
  • the EF composite monofilament can take any known form, it can be, for example, a cylindrical monofilament of large diameter, for example between 10mm and 30mm or a cylindrical monofilament of small diameter, for example between 0.5mm and 2.5mm.
  • the elementary filaments for example, each have an average diameter of between 5pm and 30pm.
  • the installation of the invention allows, of course, the manufacture of single strands of circular, rectangular, oval, elliptical, tubular, etc. cross section.
  • the manufacturing installation 100 comprises, in the direction of advancement of the bundle of multifilament fibers according to the arrow F, a first stage STAGE 1 for manufacturing a main composite monostrand E2, a second stage STAGE 2 for manufacturing a final composite monostrand EF and a translational drive device D according to the arrow F configured to drive the bundle of multifilament fibers in translation. to successively carry out the passage in the first and second floor FLOOR 1, FLOOR 2.
  • the second floor FLOOR 2 is here a final floor.
  • the drive device D is, for example, of the type comprising a motorized traction drum for winding the composite element around its axis or comprising two motorized drums facing each other, spaced apart by a corresponding distance at least equal to the thickness of the composite element and which rotate in opposite directions to drive the composite element EF, by friction, in a translational movement, making it pass through the space located between the two drums.
  • the first stage STAGE 1 of manufacturing the main composite monostrand E2 comprises, in the direction of advancement of the bundle of multifilament fibers according to arrow F:
  • a supply device 1 1 1 comprising here a plurality of reels 1 12 for supplying elementary filaments Fi_0 to form a bundle of multifilament fibers EO,
  • a first radiation device 117 through which circulates the first single strand E1 impregnated with polymerizable material and configured to carry out a partial or complete polymerization of the first single strand E1 impregnated and to form a main composite single strand E2.
  • each spool 1 12 is used to feed a multifilament fiber. If stage 1 has nine multifilament fibers, the feed device 1 1 1 has nine spools.
  • the second stage STAGE 2 for manufacturing the final composite monostrand EF comprises, in the direction of advancement of the bundle of multifilament fibers according to arrow F: two modules 120, 130 for preparing additional or secondary impregnated multifilament fibers ES I, ES2, in the form of a bundle or monostrand.
  • the two additional modules 120, 130 are arranged in parallel;
  • a second calibration die 126 configured to receive the additional multifilament fibers ES I, ES2 and the main composite monostrand E2 so as to form a first intermediate monostrand E3;
  • a final radiation device 118 located downstream of the additional radiation device 127, through which the first pre-polymerized monostrand E4 circulates and configured to carry out a complete or final polymerization of said monostrand E4 and form a final composite monostrand EF.
  • the additional radiation device 127 is located downstream of the first radiation device 117 and upstream of the final radiation device 118.
  • the second stage STAGE 2 does not include the additional radiation device 127.
  • the final radiation device 118 is located directly downstream of the second calibration die 126 and through which the first intermediate monostrand E3 circulates. The final radiation device 118 is thus configured to carry out a complete polymerization. or final of said first intermediate monostrand E3 and form a final composite monostrand EF.
  • the additional modules 120, 130 for preparing additional impregnated multifilament fibers ES I, ES2 are functionally identical to the main module 110 for preparing the impregnated multifilament fiber bundle E l.
  • each additional module 120, 130 comprises a supply device 121, 131 comprising several reels 122, 132 for supplying elementary filaments Fi_l, Fi_2 to respectively form the multifilament fibers ES I, ES2.
  • Each additional module 120, 130 further comprises a vacuum chamber 123, 133 arranged between an inlet nozzle 123a, 133a and a separation nozzle 123b, 133b and an impregnation chamber 124,
  • the impregnation chamber 123, 133 is delimited by the separation nozzle 123b, 133b of the vacuum chamber 123, 133 and by a final outlet die 124c, 134c.
  • the additional multifilament fibers ES I, ES2 are directed toward the main single strand E2 through the second calibration die 126 so as to form the first intermediate single strand E3 impregnated with polymerizable material and whose main single strand E2 has already undergone partial or complete polymerization in the first radiation device 117.
  • the vacuum chamber 113 and the impregnation chamber 114 of the first stage STAGE 1, the first calibration die 116, the first radiation device 117, the second calibration die 126, the additional radiation device 127 and the final radiation device 118 are, here, arranged along the same axis corresponding to the longitudinal axis X-X' of the installation 100.
  • Each vacuum chamber 113, 123, 133 is, in a manner known per se, delimited by an inlet nozzle 113a, 123a, 133a, rigid, provided with a through orifice and a separation nozzle 113b, 123b, 133b, rigid, also provided with a through orifice located axially opposite the orifice of the inlet plate.
  • the inlet nozzle is provided with a plurality of through-holes and that the separation nozzle is provided with a plurality of through-holes.
  • Each through-hole receives one or more fibers.
  • the bundle of multifilament fibers is introduced into the corresponding vacuum chamber 113, 123, 133 by passing it through the orifice(s) of the inlet nozzle 113a, 123a, 133a and exits through the through orifice(s) of the separation nozzle 113b, 123b, 133b.
  • Each vacuum chamber 1 13 , 123, 133 is connected to a vacuum pump (not shown) which maintains a pressure level of approximately 0.2 bar, ideally 0.1 bar in the corresponding vacuum chamber 1 13,
  • the vacuum chambers 1, 13, 123, 133 allow the bundle of multifilament fibers passing through them to be degassed by the action of the vacuum and thus to reinforce the effectiveness of the subsequent impregnation and above all to guarantee the absence of bubbles inside the final composite monostrand.
  • the bundle of multifilament fibers After passing through the vacuum chamber 1 13 , 123, 133, the bundle of multifilament fibers enters the impregnation chamber 1 14,
  • Each impregnation chamber 114, 124, 134 is an airtight enclosure, delimited by the separation nozzle 113b, 123b, 133b and the final outlet die 116, 124c, 134c, rigid, also provided with one or more through orifices located axially opposite the orifice(s) of the separation nozzle.
  • Each impregnation chamber 114, 124, 134 is supplied with polymerizable material 115, 125, 135 coming from an external tank (not shown) via an inlet pipe 114a, 124a, 134a, here located in the upper part of said impregnation chamber 114, 124, 134.
  • the inlet pipe could be provided in the lower part.
  • Each impregnation chamber 114, 124, 134 may also comprise, for example on its lower part, an evacuation pipe (not shown) for the polymerizable material.
  • Each impregnation chamber 114, 124, 134 is completely filled with polymerizable material so that the bundle of multifilament fibers exiting the vacuum chamber 113, 123, 133 and passing through it in a linear path is completely impregnated with polymerizable material.
  • Each impregnation chamber 114, 124, 134 is associated with a heating device 114b, 124b, 134b configured to heat the polymerizable material to a temperature between 50°C and 95°C, preferably between 60°C and 80°C.
  • the impregnated multifilament fibers exit the corresponding impregnation chamber 1 14, 124, 134 at a temperature between 50°C and 95°C, preferably between 60 and 80°C before passing through the radiation devices 1 17, 127, 1 18.
  • the feeder 111, the vacuum chamber 113 and the impregnation chamber 114 together form a first module 110 for preparing impregnated multifilament fibers
  • the feeder 121, the vacuum chamber 123 and the impregnation chamber 124 together form a second module 120 for preparing impregnated multifilament fibers
  • the feeder 131, the vacuum chamber 133 and the impregnation chamber 134 together form a third module 130 for preparing impregnated multifilament fibers.
  • the modules 120, 130 are additional or secondary modules for preparing impregnated multifilament fibers E1, ESI, ESI.
  • the first and second calibration dies 1 16, 126 are, here, in the form of a calibration nozzle configured to implement forms the multifilament fibers exiting the impregnation chamber 1 14, 124, 134 to form a single strand of impregnated multifilament fibers E1, E3.
  • any other device could be provided allowing the shaping of impregnated multifilament fibers before polymerization in the corresponding radiation devices 1 17, 127.
  • the first radiation device 1 17 comprises a first ultraviolet radiation light source 1 17a, with the acronym UV.
  • the first ultraviolet light source 117a comprises, for example, a plurality of light-emitting diodes (not shown), acronym LED, preferably directed radially towards the first impregnated single strand El, with or without reflectors to optimize the irradiation.
  • the first 1 17a LED ultraviolet light source is configured to emit only monochromatic ultraviolet radiation, the available wavelengths of which are as follows: 365nm, 385nm, 395nm, 405nm, and more generally between 200nm and 405nm.
  • the first radiation device 117 may comprise a protective tube (not referenced) for the impregnated multifilament fibers E1 which enter the first radiation device 117.
  • the protective tube is, for example, made of quartz or glass and which lets the ultraviolet rays pass through, through which the single strand circulates during formation, this tube may be traversed by a current of inert gas, preferably nitrogen.
  • the first 1 17a LED ultraviolet light source therefore makes it possible to emit radial and direct radiation onto the first impregnated single strand El, with or without an intermediate element, such as one or more reflectors.
  • the first ultraviolet light source 117a could comprise a plurality of vapor lamps of mercury configured to emit broad spectrum ultraviolet radiation (UV), infrared radiation, and visible light.
  • UV broad spectrum ultraviolet radiation
  • infrared radiation infrared radiation
  • visible light visible light
  • LEDs can help reduce styrene vapors, reduce fouling of the protection tube, and reduce variations in light intensity, which allows for more consistent polymerization of multifilament fibers.
  • LEDs have a longer lifespan and lower or similar energy consumption than mercury vapor lamps and release less styrene vapors into the atmosphere.
  • the first radiation device 117 is configured to partially or completely polymerize the first impregnated monostrand El and deliver a main composite monostrand E2.
  • partial polymerization or pre-polymerization is meant that the degree of polymerization of the impregnated multifilament fibers has reached between 0.5% and 5% of complete polymerization.
  • the exposure time of the impregnated multifilament fiber bundle E l to the first UV light source is between 0.2s and 2s.
  • the power of the first UV light source is between 100W and 3000W.
  • the additional radiation device 127 comprises an additional ultraviolet radiation light source 127a, acronym UV, arranged after the second calibration nozzle 127 and upstream of the final radiation device 118.
  • the additional ultraviolet light source 127a of the additional radiation device 127 comprises a plurality of LEDs configured to emit only ultraviolet radiation of wavelength between 365nm and 405nm.
  • the additional ultraviolet radiation light source 127a of the additional radiation device 127 comprises a plurality of lamps mercury vapor configured to emit broad spectrum ultraviolet radiation UV combined with at least infrared radiation.
  • the additional radiation device 127 is configured to partially polymerize or pre-polymerize the first intermediate monostrand E3 and deliver a pre-polymerized monostrand E4.
  • the exposure time of the first intermediate single strand E3 to the additional UV light source 127a is between 0.5 s and 9 s.
  • the power of the additional UV light source 127a is between 1.1kW and 98kW.
  • the final radiation device 118 is distinct from the first radiation device 117 and the additional radiation device 127 to form a final composite monostrand EL.
  • the final radiation device 1 18 comprises a final light source configured to terminate the polymerization of the first pre-polymerized monostrand E4.
  • the so-called “complete” or “final” polymerization of the composite is obtained when the degree of polymerization of the polymerizable material is close to 100%, preferably greater than or equal to 95%.
  • the final light source is configured to emit at least one infrared radiation 1 18a, acronym IR, and comprises, for example, a plurality of infrared lamps (not shown), preferably directed radially towards the pre-polymerized monostrand E4.
  • infrared radiation 1 18a acronym IR
  • the final light source comprises, for example, a plurality of infrared lamps (not shown), preferably directed radially towards the pre-polymerized monostrand E4.
  • the final light source 118a is configured to emit only infrared radiation, with a wavelength between I pm and 3 pm.
  • a final IR source with a wavelength equal to I pm will be preferred.
  • the exposure time of the first pre-polymerized monostrand E4 to the final light source 1 18a IR is between 2.6s and 23s.
  • the power of the final 1 18a IR light source is between 2.2kW and 98kW.
  • the final light source 118a is configured to emit a combination of ultraviolet and infrared radiation.
  • Such an installation is particularly advantageous for manufacturing a composite EF monofilament from a bundle of large-diameter multifilament fibers, between 10mm and 30mm. Indeed, because the bundle of large-diameter multifilament fibers retains heat for longer, it is not necessary to immediately complete the polymerization after the partial polymerization by the UV light source. It is then possible to add multifilament fibers to the main monofilament before proceeding with the final polymerization by a UV and infrared light source.
  • a second additional radiation device located between the final radiation device 118 and the first additional radiation device 127 and comprising a third light source with ultraviolet radiation.
  • the additional ultraviolet radiation light source 127a of the first additional radiation device 127 comprises a plurality of LEDs configured to emit only ultraviolet radiation of wavelength between 365nm and 405nm and that the third ultraviolet radiation light source comprises a plurality of mercury vapor lamps configured to emit broad spectrum UV ultraviolet radiation, infrared radiation and visible light.
  • the additional ultraviolet light source 127a of the first additional radiation device 127 comprises a plurality of mercury vapor lamps configured to emit broad spectrum ultraviolet radiation (UV), infrared radiation and visible light and that the third ultraviolet light source comprises a plurality of LEDs configured to emit only ultraviolet radiation of wavelength between 365nm and 405.
  • UV broad spectrum ultraviolet radiation
  • the third ultraviolet light source comprises a plurality of LEDs configured to emit only ultraviolet radiation of wavelength between 365nm and 405.
  • the additional ultraviolet radiation light source 127a of the first additional radiation device 127 and the third ultraviolet radiation light source each comprise a plurality of LEDs configured to emit only ultraviolet radiation with a wavelength between 365nm and 405nm.
  • the installation 101 for manufacturing a composite monostrand EF differs only from the embodiment illustrated in FIG. 2 by the fact that the installation 101 comprises a third stage STAGE 3 for manufacturing a composite monostrand.
  • the first stage STAGE 1 is identical to the first stage STAGE 1 described with reference to FIG. 2 and the second stage STAGE 2 differs from the second stage STAGE 2 described with reference to FIG. 2 only by the fact that it does not include a final radiation device which is found in the last stage STAGE 3.
  • the second stage STAGE 2 here forms an intermediate stage.
  • the first pre-polymerized monostrand E4 exiting the first intermediate radiation device 127 forms a second intermediate monostrand which enters the third stage STAGE 3.
  • the third stage STAGE 3 of manufacturing the final composite monostrand EF comprises, in the direction of advancement of the bundle of multifilament fibers according to arrow F:
  • a third calibration die 136 configured to receive the additional multifilament fibers ES3, ES4 and the first pre-polymerized monostrand E4 or second intermediate monostrand so as to form a third intermediate monostrand E5;
  • a final radiation device 118 located downstream of the second additional radiation device 137, through which the second pre-polymerized monostrand E6 circulates and configured to carry out a complete or final polymerization of said monostrand E6 and form a final composite monostrand EF.
  • the third stage does not include an additional radiation device so that the final radiation device is configured to achieve complete or final polymerization of the third intermediate monostrand E5.
  • one or more than two additional or secondary impregnated multifilament fiber preparation modules could be provided.
  • the second series of additional modules 140, 150 for preparing additional impregnated multifilament fibers ES3, ES4 is functionally identical to the first series of additional modules 120, 130 for preparing additional impregnated multifilament fibers ES1, ES2.
  • each additional module 140, 150 of the second series of additional modules comprises a supply device 141, 151 comprising here several reels 142, 152 for supplying elementary filaments Fi_3, Fi_4 to respectively form multifilament fibers ES3, ES4.
  • Each additional module 140, 150 of the second series of additional modules further comprises a vacuum chamber 143, 153 arranged between an inlet nozzle 143a, 153a and a separation nozzle 143b, 153b and an impregnation chamber 144, 154 downstream of the vacuum chamber 143, 153 and in particular of the separation nozzle 143b, 153b, filled with an impregnation composition 145, 155 based on a polymerizable material coming from an external tank (not shown) via an inlet nozzle 144a, 154a, and comprising a heating device 144b, 154b.
  • the impregnation chamber 144, 154 is delimited by the separation nozzle 143b, 153b and by a final outlet die 144c, 154c.
  • the additional multifilament fibers ES3, ES4 are directed toward the pre-polymerized monostrand E4 through the third calibration die 136 so as to form the third intermediate monostrand E5 impregnated with polymerizable material and of which the first pre-polymerized monostrand E4 or second intermediate monostrand has already undergone partial or complete polymerization in the first additional radiation device 127.
  • the second additional polymerization radiation device 137 is distinct from the first radiation device 117, the first additional radiation device 127 and the final radiation device 118.
  • the first radiation device 117 and the final radiation device 118 are identical to those described with reference to FIG. 2 and will not be further described here.
  • the second additional radiation device 137 comprises an additional ultraviolet radiation light source 137a, acronym UV, arranged after the third calibration nozzle 137 and upstream of the final radiation device 118.
  • the second additional ultraviolet light source 137a of the additional radiation device 137 comprises a plurality of LEDs configured to emit only ultraviolet radiation of wavelength between 365nm and 405nm.
  • the second additional ultraviolet light source 137a of the additional radiation device 137 comprises a plurality of mercury vapor lamps configured to emit broad spectrum ultraviolet radiation, a radiation.
  • the additional radiation device 137 is configured to partially polymerize or pre-polymerize the third intermediate monostrand E5 and deliver a second pre-polymerized impregnated monostrand E6.
  • the exposure time of the third intermediate single strand E5 E5 to the second additional UV light source 137a is between 0.5 s and 9 s.
  • the power of the second additional UV light source 137a is, here, between 1.1kW and 98kW.
  • the plant has been described with reference to two or three stages of manufacturing composite monofilaments.
  • the plant comprises N stages of manufacturing a composite monofilament, with N greater than or equal to two.
  • Each stage of manufacturing a composite monofilament comprises an impregnation chamber, in order to impregnate only the multifilament fibres necessary to carry out the partial or final polymerisation step.
  • Such an installation makes it easy to add additional preparation modules, and more generally stages for manufacturing a composite monostrand in order to increase the diameter of the final composite strand.
  • Such an installation also makes it possible to replace and/or add polymerization devices in order to increase the production speed.
  • staged polymerization makes it possible to obtain a composite single strand with a diameter of between 10mm and 30mm.
  • the vacuum chambers 113, 123, 133, 143, 153 and the impregnation chambers 114, 124, 134, 144, 154 according to the invention are preferably provided with covers in order to facilitate cleaning and the installation of the multifilament fibers.
  • the flowchart illustrates the steps of a method 200 for manufacturing an EF composite element by the installation according to Figure 2.
  • the manufacturing method 200 comprises a first step 210 of manufacturing a main single strand E2 in a first manufacturing stage STAGE 1 and a second stage 220 of manufacturing a final single strand EF in a second manufacturing stage STAGE 2.
  • the first step 210 of manufacturing a main single strand E2 comprises the following successive steps:
  • first polymerization step 215 during which the first single strand E l impregnated with polymerizable material circulates through a first radiation device 117 with a view to partial or complete polymerization of the first impregnated single strand E l and to form a main composite single strand E2.
  • the second step 220 of manufacturing a final EF monostrand comprises the following successive steps: - two parallel steps 230, 240 of preparation of additional or secondary impregnated multifilament fibers ES I, ES2,
  • a calibration step 224 via a second calibration die 126 located at the outlet of the first radiation device 117 of the first stage STAGE 1, during which a first intermediate single strand E3 is produced comprising the additional multifilament fibers ES1, ES2 and the main composite single strand E2; and
  • a final polymerization step 226 during which the pre-polymerized single strand E4 circulates through a final radiation device 118 for the purpose of final polymerization of said pre-polymerized single strand E4 to form a final single strand EF.
  • Each step 230, 240 of preparing the additional or secondary impregnated multifilament fibers ES I, ES2 comprises a step 231, 241 of feeding elementary filaments to form a bundle of multifilament fibers, a step 232, 242 of degassing, in a vacuum chamber 123, 133 of the bundle of multifilament fibers and a step 233, 243 of impregnation during which the rectilinear bundle of multifilament fibers is impregnated with a composition based on a polymerizable material contained in an impregnation chamber 124, 134 filled with said composition.
  • the bundle of multifilament fibers E0 After passing through the vacuum chamber 113, the bundle of multifilament fibers E0 enters the impregnation chamber 114 which is completely full of polymerizable impregnation material, therefore free of air.
  • the impregnation chamber 114 is supplied with polymerizable material 115 coming from an external tank (not shown) via an inlet pipe 114a, here located in the upper part of said impregnation chamber 114.
  • the impregnation chamber 114 is completely filled with polymerizable material so that the bundle of multifilament fibers exiting the vacuum chamber 113 and passing through it in a linear path is completely impregnated with polymerizable material.
  • the impregnation chamber 1 14 is associated with a heating device 1 14b configured to heat the polymerizable material to a temperature between 50°C and 95°C, preferably between 60°C and 80°C.
  • the impregnated multifilament fibers exit the impregnation chamber 1 14 at a temperature between 50°C and 95°C, preferably between 60°C and 80°C. before passing through the first radiation device 1 17.
  • the single strand impregnated with polymerizable material E1 is partially or completely polymerized to form a main single strand E2 using the first radiation device 117 comprising a first ultraviolet light source 117a, with the acronym UV.
  • the first ultraviolet light source 1 17a is identical to that described with reference to Figure 2 and will not be further described here.
  • the exposure time of the first El impregnated monostrand to the first UV light source is between 0.2s and 2s.
  • the power of the first UV light source is between 1000Watts and 3000Watts.
  • the first intermediate monostrand E3 comprising the additional multifilament fiber bundles ES I, ES2 and the main composite monostrand E2 is polymerized using a device additional radiation 127 comprising an additional light source with ultraviolet radiation 127a, acronym UV.
  • the exposure time of the first intermediate monostrand E3 to the additional UV light source is between 0.5s and 9s.
  • the power of the additional UV light source is between 1.1kW and 98kW.
  • the first pre-polymerized monostrand E4 is polymerized using a final radiation device 118 comprising an infrared radiation light source, distinct and separate from the first radiation device 117 and the additional radiation device 127.
  • the exposure time of the first pre-polymerized E4 monostrand to the final IR light source is between 2.6s and 23s.
  • the power of the final light source 1 18a is between 2.2kW and 98kW.
  • the final light source 1 18a is identical to that described with reference to Figure 2 and will not be further described here.
  • the installation and the manufacturing method according to the invention can be adapted to both existing installations and new installations.
  • the installation and the manufacturing method according to the invention make it possible to obtain composite elements having a cross-section of different sizes and this at a high manufacturing rate.
  • the installation and the manufacturing method according to the invention make it possible to easily add additional preparation modules, and more generally stages for manufacturing a composite monostrand in order to increase the diameter of the final composite strand.
  • Such an installation also makes it possible to replace and/or add polymerization devices in order to increase the production speed.
  • such an installation allows access to the calibration nozzles and the polymerization devices, which are not surrounded by impregnated fibers unlike the known prior art, which facilitates their replacement or maintenance if necessary.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)

Abstract

Installation (100) de fabrication en continu d'un élément composite longiligne (EF) comportant un faisceau de fibres multifilamentaires imprégné d'une matière polymérisable, l'installation comprenant N étages, avec N supérieur ou égal à 2 et un dispositif (D) d'entrainement en translation pour entrainer le faisceau de fibres multifilamentaires pour réaliser successivement le passage dans les N étages, chaque étage comprenant, dans la direction d'avancement du faisceau de fibres multifilamentaires au moins un module (110, 120, 130) de préparation de fibres multifilamentaires imprégnées de matière polymérisable; au moins une buse de calibration (116, 126); et au moins un dispositif de rayonnement (117, 118, 127) disposé en aval de la buse de calibration et à travers lequel circule les fibres multifilamentaires imprégnées de matière polymérisable et configuré pour réaliser une polymérisation partielle ou totale.

Description

DESCRIPTION
TITRE : Installation et procédé de fabrication en continu d’un élément composite longiligne
La présente invention concerne le domaine de la fabrication en continu de matériaux composites longilignes réalisés par imprégnation d’une composition polymérisable de fibres multifilamentaires.
Plus particulièrement, la présente invention concerne une installation et un procédé de fabrication de composites sous forme de monobrins comportant des fibres multifilamentaires continues, unidirectionnelles et noyées dans une résine polymérisable.
La présente invention se rapporte plus particulièrement, mais non exclusivement, à la fabrication de monobrins en composite verre résine, d’ acronyme « CVR », présentant des hautes propriétés mécaniques.
De tels matériaux composites longilignes peuvent être utilisés sous forme de renforts composites utilisables, notamment, pour le renforcement de produis semi-finis ou d’ articles finis en caoutchouc tels que des bandages pour véhicules, par exemple de type pneumatiques ou non pneumatiques ou encore dans des applications de renfort en béton, chenilles pour motoneige, structures tubulaires, etc...
On connait le document EP 1 174 250 - A l qui décrit un procédé de fabrication en continu de monobrins en CVR comportant les étapes suivantes :
- réaliser un arrangement rectiligne de fibres de verre et entraîner cet arrangement dans une direction d’ avancement ;
- dégazer l’ arrangement de fibres par l’ action de vide dans une chambre à vide ;
- en sortie de la chambre à vide, après dégazage, traverser une chambre d’ imprégnation remplie de résine de manière à imprégner ledit arrangement de fibres par une résine à l’ état liquide pour obtenir un imprégné contenant les fibres et la résine ; - faire passer ledit imprégné au travers d’une filière de calibrage ayant une section de surface et de forme prédéfinies, pour lui imposer une forme de monobrin ; et
- en aval de la filière de calibrage, dans une chambre d’ irradiation, stabiliser, solidifier le monobrin par photopolymérisation de la résine dans un dispositif à rayonnement UV et/ou IR
L’ expérience montre toutefois que les monobrins en CVR décrits peuvent encore être améliorés.
Généralement, en référence à la figure 1 , un dispositif 1 de fabrication d’un monobrin en composite verre-résine comprend une bobine 10 contenant des fibres de verre 1 1 sous forme de multifilaments et déroulée en continu par entraînement selon la flèche F par un moyen d’ entrainement (non représenté), de manière à réaliser un arrangement rectiligne 12 de ces fibres 1 1.
L’ arrangement 12 traverse ensuite une chambre à vide 13 disposée entre une tubulure d’ entrée 13a et une tubulure de sortie 13b et une chambre d’ imprégnation 14 en aval de la tubulure de sortie 13b et remplie de composition d’ imprégnation 15 à base d’une résine durcissable. Le dispositif 1 comprend en outre une filière de calibrage 16 en sortie de la chambre d’ imprégnation 14 de manière à former un monobrin 17 et un dispositif de rayonnement 18 comprenant, par exemple un tube de protection 18a à travers lequel circule le monobrin composite 17 et une pluralité d’ irradiateurs UV 18b en ligne afin d’ obtenir un monobrin polymérisé 19. Le dispositif de rayonnement 18 comprend en outre un système d’ injection d’ azote (non représenté) .
On peut se référer à cet égard au document FR 3 009 226 - B 1 qui décrit un procédé de fabrication d’un monobrin en composite verre- résine utilisant ce type de dispositif de fabrication.
Toutefois, la polymérisation à cœur du monobrin imprégné par des lampes UV n’ est pas satisfaisante.
On connait aussi le document FR 3 1 17 061 - B 1 qui décrit un procédé et un dispositif de fabrication de composites à base de fibres multifilamentaires comprenant des moyens permettant de réaliser un arrangement de fibres multifilamentaires sous forme de plusieurs brins individuels, une chambre à vide et une chambre d’ imprégnation dans laquelle on fait passer tous les brins individuels, une pluralité de filières de polymérisation partielle dans lesquelles on fait passer les brins imprégnés, une filière de calibration apte à former un monobrin à partir des brins individuels imprégnés et un dispositif à rayonnement UV et/ou IR dans lequel on réalise la polymérisation finale du monobrin. Chaque filière de polymérisation comprend une lampe annulaire à LEDs dirigées axialement par rapport au brin imprégné et un réflecteur destiné à diriger le rayonnement émis par les LEDs radialement vers le brin imprégné.
Dans ce document, les fibres réparties en plusieurs brins sont introduites dans la chambre d’imprégnation en les faisant passer par différents orifices d’une plaque de séparation et en ressortent par des orifices traversants une plaque de sortie, de manière à ce que les brins parcourent des trajets linéaires et parallèles entre eux d’une plaque à l’ autre en étant parallèles à l’ axe longitudinal du dispositif. Le nombre d’ orifices correspond au nombre de brins qui composent le faisceau.
Une telle solution est particulièrement radialement encombrante puisque la section de la chambre d’ imprégnation est directement proportionnelle au nombre de brins individuels composant le faisceau multifilamentaires et donc au diamètre du monobrin final. Le rayon des brins individuels augmente avec la racine du nombre de brins individuels. Il n’ est donc pas possible d’ augmenter le diamètre du monobrin final sans augmenter l’ encombrement radial du dispositif de fabrication.
Par ailleurs, une telle solution présente un risque d’ encrassement des réflecteurs et des LEDs dans les filières de polymérisation, ce qui dégrade fortement les performances du dispositif de fabrication.
Ainsi, il existe un besoin de remédier aux inconvénients précités. L’invention a pour objectif d’ optimiser la polymérisation des monobrins composites afin de faciliter l’ accès et la maintenance de l’ installation, de réduire la dimension radiale de l’ installation, d’ augmenter la fiabilité de la production, de permettre l’ augmentation de la section transversale du monobrin final tout en conservant une vitesse de production élevée.
La présente invention a pour objet une installation de fabrication en continu d’un élément composite longiligne comportant un faisceau de fibres multifilamentaires imprégné d’une composition à base d’une matière polymérisable.
L’installation comprend N étages de fabrication d’un élément composite, avec N supérieur ou égal à 2 et un dispositif d’ entrainement en translation configuré pour entrainer en translation le faisceau de fibres multifilamentaires pour réaliser successivement le passage dans les N étages.
Chaque étage comprend, dans la direction d’ avancement du faisceau de fibres multifilamentaires :
- au moins un module de préparation de fibres multifilamentaires imprégnées de matière polymérisable ; au moins une buse de calibration ; et
- au moins un dispositif de rayonnement disposé en aval de la buse de calibration et à travers lequel circule les fibres multifilamentaires imprégnées de matière polymérisable et configuré pour réaliser une polymérisation partielle ou totale pour former un monobrin composite.
Ainsi, chaque étage de fabrication d’un monobrin composite comprend une chambre de dégazage, une chambre d’ imprégnation, afin de n’ imprégner que les fibres multifilamentaires nécessaires pour réaliser l’ étape de polymérisation partielle ou finale.
Une telle installation permet de facilement aj outer des modules de préparation supplémentaires, et plus généralement des étages de fabrication d’un monobrin composite en vue d’ augmenter le diamètre du brin composite final.
Au lieu de prendre tous les fils et de les imprégner en même temps, on va imprégner que ceux nécessaires pour la couche à polymériser. Cela permet de réduire la dimension de la chambre à vide et d’ imprégnation, directement proportionnelle au nombre de fibres et donc au diamètre final du monobrin. Une telle installation permet également de remplacer et/ou d’ ajouter des dispositifs de polymérisation afin d’ augmenter la section transversale du monobrin composite final.
Une telle polymérisation étagée permet d’ obtenir un monobrin composite de diamètre compris entre 10mm et 30mm avec une cadence comprise entre 10m/min et 50m/min, par exemple 30m/min.
Par ailleurs, une telle installation permet de laisser l’ accès aux buses de calibrage et aux dispositifs à rayonnement, qui ne sont pas entourées de fibres imprégnées contrairement à l’ art antérieur connu, ce qui facilite leur remplacement ou maintenance en cas de besoin.
Les fibres multifilamentaires imprégnées peuvent être sous forme de monobrin ou de faisceaux de fibres.
Les chambres à vide et les chambres d’imprégnation peuvent être, par exemple, dotées de couvercles afin de faciliter le nettoyage et la mise en place des fibres multifilamentaires.
Par « élément composite longiligne » , on entend un élément composite de grande longueur comportant un faisceau de fibres multifilamentaires noyées dans une composition à base d’un matière polymérisable, que l’ on fabrique de manière continue à partir de plusieurs bobines d’ alimentation en fibres multifilamentaires pour former un faisceau qui est entrainé en translation pour réaliser successivement l’ imprégnation de matière polymérisable de ses fibres et la polymérisation de la matière au fur et à mesure du déplacement du faisceau.
Par « fibre multifilamentaire », on comprend une fibre qui comprend plusieurs filaments élémentaires Fi agencés côte à côte pour former un faisceau dont les fibres élémentaires sont unidirectionnelles en étant sensiblement parallèles entre elles.
Les fibres multifilamentaires peuvent être choisies dans le groupe constitué par les fibres de verre, de carbone, de silice, de céramique, de lin, de chanvre, de basalte, de cellulose, etc.... Ces fibres multifilamentaires sont utilisées pour réaliser des composites longilignes réalisées par imprégnation d’une composition polymérisable des fibres multifilamentaires. La matière polymérisable peut être du type thermodurcissable, de préférence thermoréticulable, de préférence de type vinylester. Par matière polymérisable, on entend une matière comportant, en poids, plus de 50% de préférence plus de 75% , de matière organique et encore plus préférentiellement plus de 90% de matière organique.
Ainsi, cette matière peut être une matière polymérique thermopolymérisable par exemple à base de polyester insaturé, de polyépoxide, de dérivé phénolique, ou d’ aminoplaste. De préférence, la matière polymérisable est réticulée.
Par exemple, la matière polymérisable est une résine réticulable par rayonnement ionisant, la polymérisation finale pouvant être déclenchée et contrôlée aisément au moyen d’un traitement ionisant, par exemple de type UV.
La température Tg de transition vitreuse de la matière polymérisable est de préférence supérieure ou égale à 130°C, par exemple supérieure à 170°C, de préférence supérieure ou égale à 180°C.
Par exemple, l’ élément composite final est un monobrin comportant des fibres multifilamentaires noyées dans une matière polymérisable, telle qu’une résine thermodurcissable.
Le monobrin composite final peut prendre toute forme connue, il peut s’ agir, par exemple, d’un monobrin cylindrique de diamètre important, par exemple compris entre 10mm et 30mm ou un monobrin cylindrique de petit diamètre, par exemple compris entre 0.5mm à 2.5mm
Les filaments élémentaires ont, par exemple, chacun un diamètre moyen compris entre 5pm et 30pm.
L’installation de l’ invention permet, bien entendu la fabrication de monobrins de section transversale circulaire, rectangulaire, ovale, elliptique, tubulaire, etc... , et dont les dimensions circonférentielles peuvent être supérieures à 30 mm.
Le dispositif d’ entraînement est, par exemple, du type comportant un tambour de traction motorisé permettant d’ enrouler l’ élément composite autour de son axe ou comportant deux tambours motorisés se faisant face, en étant espacés d’une distance correspondante au moins égale à l’ épaisseur de l’ élément composite et qui tournent en sens contraires pour entraîner l’ élément composite final, par friction, en an mouvement de translation, en le faisant passer dans l’ espace situé entre les deux tambours.
Avantageusement, l’ installation comprend au moins un premier étage de fabrication d’un monobrin composite principal et un deuxième étage de fabrication d’un monobrin composite.
Le deuxième étage forme par exemple un étage final.
Avantageusement, le premier étage de fabrication du monobrin composite principal comprend, dans la direction d’ avancement du faisceau de fibres multifilamentaires :
- un dispositif d’ alimentation comprenant, par exemple, plusieurs bobines d’ alimentation en filaments élémentaires pour former un faisceau de fibres multifilamentaires ;
- une chambre à vide ou chambre de dégazage disposée par exemple entre une buse d’ entrée et une buse de séparation ;
- une chambre d’ imprégnation en aval de chambre à vide et notamment de la buse de séparation et remplie d’une composition d’ imprégnation à base d’une matière polymérisable ;
- une première filière de calibrage en sortie de la chambre d’ imprégnation de manière à former un premier monobrin imprégné de matière polymérisable ; et
- un premier dispositif de rayonnement configuré pour polymériser partiellement ou complètement le premier monobrin imprégné de matière polymérisable et pour former un monobrin composite principal.
Par « polymérisation partielle ou pré polymérisation, on entend que le degré de polymérisation des fibres multifilamentaires imprégnées a atteint entre 0.5% et 5%de la polymérisation complète.
A titre d’ exemple nullement limitatif, le degré à rayonnement peut être évalué à l’ aide d’un instrument de mesure de type « DSC », d’ acronyme de « Differential Scanning Calorimetry » en termes anglo- saxons.
La polymérisation dite « complète » ou « finale » du composite est obtenue lorsque le degré de polymérisation de la matière polymérisable est proche de 100% , de préférence supérieur ou égal à 95% de la polymérisation complète.
Par exemple, le deuxième étage de fabrication du monobrin composite comprend, dans la direction d’ avancement du faisceau de fibres multifilamentaires :
- au moins un module de préparation de fibres multifilamentaires imprégnées supplémentaires ou secondaires,
- une deuxième filière de calibrage configurée pour recevoir les fibres multifilamentaires supplémentaires provenant du module de préparation de fibres multifilamentaires imprégnées supplémentaires, par exemple sous forme de monobrin ou de faisceau, et le monobrin composite principal de manière à former un premier monobrin intermédiaire ; et au moins
- un dispositif de rayonnement final située en aval de la filière de calibrage, à travers lequel circule le premier monobrin intermédiaire et configuré pour réaliser une polymérisation complète ou finale dudit premier monobrin intermédiaire et former un monobrin composite final.
En variante, on pourrait prévoir d’ ajouter un dispositif de rayonnement supplémentaire en aval de la deuxième filière de calibrage et en amont du dispositif de rayonnement final. Le dispositif de rayonnement supplémentaire est configuré pour réaliser une polymérisation partielle ou intermédiaire du premier monobrin intermédiaire et pour former un deuxième monobrin pré-polymérisé ou deuxième monobrin intermédiaire.
Selon encore une autre variante, on pourrait prévoir d’ ajouter un deuxième dispositif de rayonnement supplémentaire disposé entre le premier dispositif à rayonnement supplémentaire et le dispositif à rayonnement final. Le deuxième dispositif de rayonnement supplémentaire comprend une source lumineuse supplémentaire, par exemple à rayonnement ultra-violet.
Selon un autre mode de réalisation, l’ installation comprend un troisième étage de fabrication du monobrin composite final et le deuxième étage est configuré pour fabriquer un deuxième monobrin composite intermédiaire, le deuxième étage comprenant, dans la direction d’ avancement des fibres multifilamentaires :
- au moins un module de préparation de fibres multifilamentaires imprégnées supplémentaires ou secondaires,
- une deuxième filière de calibrage configurée pour recevoir les fibres multifilamentaires supplémentaires provenant du module de préparation de fibres multifilamentaires imprégnées supplémentaires et le monobrin composite principal de manière à former un premier monobrin intermédiaire ; et au moins
- un premier dispositif intermédiaire de rayonnement situé en aval de la deuxième filière de calibrage et configuré pour réaliser une polymérisation partielle ou intermédiaire du premier monobrin intermédiaire et pour former un deuxième monobrin intermédiaire.
Le deuxième étage forme ici un étage intermédiaire et le troisième étage forme ici un étage final.
Par exemple, le troisième étage comprend, dans la direction d’ avancement des fibres multifilamentaires :
- au moins un module de préparation de fibres multifilamentaires imprégnées supplémentaires ou secondaires,
- une troisième filière de calibrage configurée pour recevoir les fibres multifilamentaires supplémentaires provenant du module de préparation de fibres multifilamentaires imprégnées supplémentaires et le deuxième monobrin intermédiaire de manière à former un troisième monobrin intermédiaire ; et au moins
- un dispositif de rayonnement final situé en aval de la troisième filière de calibrage, à travers lequel circule le troisième monobrin intermédiaire et configuré pour réaliser une polymérisation complète ou finale dudit troisième monobrin intermédiaire et former un monobrin composite final.
En variante, le troisième étage pourrait comprendre entre la troisième filière de calibrage et le dispositif de rayonnement final, un premier dispositif à rayonnement supplémentaire situé en aval de la troisième filière de calibrage et configuré pour réaliser une polymérisation partielle ou intermédiaire du troisième monobrin intermédiaire et pour former un monobrin pré-polymérisé. Dans ce cas, le dispositif de rayonnement final est configuré pour réaliser une polymérisation complète ou finale dudit monobrin pré-polymérisé et former un monobrin composite final.
Selon encore une autre variante, on pourrait prévoir d’ aj outer, dans le troisième étage, un deuxième dispositif de rayonnement supplémentaire disposé entre le premier dispositif à rayonnement supplémentaire et le dispositif à rayonnement final. Le deuxième dispositif de rayonnement supplémentaire comprend une source lumineuse supplémentaire, par exemple à rayonnement ultra-violet.
Par exemple, le premier dispositif à rayonnement comprend une première source lumineuse à rayonnement ultra-violet.
Selon un mode de réalisation, dans lequel le dernier étage comprend un dispositif de rayonnement final et au moins un premier dispositif de rayonnement supplémentaire disposé en amont dudit dispositif de rayonnement final, le dispositif de rayonnement final comprend une source lumineuse finale au moins à rayonnement infrarouge avantageusement pour terminer la polymérisation du faisceau de fibres multifilamentaires imprégné pré polymérisé.
De préférence, la source lumineuse finale est configurée pour émettre uniquement un rayonnement infrarouge, de longueur d’ onde comprise entre I pm et 3pm.
Selon un mode de réalisation, dans lequel le dernier étage comprend uniquement un dispositif de rayonnement final, le dispositif de rayonnement final comprend une source lumineuse finale configurée pour émettre à la fois un rayonnement infrarouge et un rayonnement ultra-violet.
Par exemple, la première source lumineuse à rayonnement ultraviolet et/ou la source lumineuse supplémentaire /ou la source lumineuse finale peut comprendre une pluralité de diodes électroluminescentes, d’ acronyme LED, de préférence dirigées radialement vers les fibres multifilamentaires imprégnées, de préférence par l’ intermédiaire de réflecteurs
En variante, la première source lumineuse et/ou la source lumineuse supplémentaire et/ou la source lumineuse finale pourrait comprendre une pluralité de lampes à vapeur de mercure configurée pour émettre au moins un rayonnement ultraviolet à large spectre UV, et un rayonnement infrarouge.
L’utilisation des tubes de protection permet de protéger les sources de rayonnement des vapeurs et des éclaboussures éventuelles.
Par ailleurs, l’utilisation de LEDs peut permettre de diminuer le rejet des vapeurs styrène, de réduire l’ encrassement du tube de protection, et de réduire les variations d’intensité lumineuse dans le temps, ce qui permet d’ obtenir une polymérisation plus constante du faisceau de fibres multifilamentaires.
Par ailleurs, les LEDs ont une durée de vie plus importante et une consommation énergétique inférieure ou similaire que les lampes à vapeur de mercure et peuvent diminuer le rejet de vapeurs de styrène dans l’ atmosphère.
Le dispositif de rayonnement final est distinct du premier dispositif de rayonnement et du dispositif de rayonnement supplémentaire.
La durée d’ exposition du faisceau de fibres multifilamentaires imprégné à la première source lumineuse UV est comprise entre 0.2 s et 2s.
La puissance de la première source lumineuse UV est comprise entre l OOWatts et 3000Watts.
Selon une autre variante, la source lumineuse finale peut comprendre la combinaison d’une pluralité de lampes à vapeur de mercure configurée pour émettre au moins un rayonnement ultraviolet à large spectre UV, et un rayonnement infrarouge et d’un dispositif à rayonnement infrarouge configuré pour émettre uniquement un rayonnement infrarouge de longueur d’ onde du rayonnement infrarouge comprise entre I pm et 3pm.
Selon une autre variante, la source lumineuse finale peut comprendre une combinaison d’ une pluralité de diodes électroluminescentes, d’ acronyme LED, et d’une pluralité de lampes à vapeur de mercure configurée pour émettre au moins un rayonnement ultraviolet à large spectre UV, et un rayonnement infrarouge. Selon encore une autre variante, la source lumineuse finale peut comprendre la combinaison de lampes UV à vapeur de mercure, de LEDs et d’un rayonnement infrarouge.
Selon un mode de réalisation, dans lequel le dernier étage comprend un dispositif de rayonnement final et au moins un premier dispositif de rayonnement supplémentaire disposé en amont dudit dispositif de rayonnement final, la durée d’ exposition du monobrin intermédiaire à la source supplémentaire lumineuse UV est comprise entre 0.5s et 9s.
Dans ce cas, la puissance de la source supplémentaire lumineuse UV est comprise entre l . lkW et 98kW.
Dans ce cas, la durée d’ exposition du monobrin pré-polymérisé à la source lumineuse finale IR est comprise entre 2.6s et 23s et la puissance de la source lumineuse finale IR est comprise entre 2.2kW et 98kW.
Dans le cas où le dernier étage comprend uniquement un dispositif de rayonnement final, la durée d’ exposition du monobrin pré- polymérisé à la source lumineuse finale est comprise entre 4s et 12s et la puissance de la source lumineuse finale est comprise entre 8.7kW et 130kW.
Une telle installation est particulièrement avantageuse pour fabriquer un monobrin composite à partir d’un faisceau de fibres multifilamentaires de multifilamentaires de grand diamètre, compris entre 10mm et 30mm. En effet, du fait que le faisceau de fibres multifilamentaires de grand diamètre garde plus longtemps de la chaleur, il n’ est pas nécessaire de terminer tout de suite la polymérisation après la polymérisation partielle par la source lumineuse à rayonnement UV. On peut alors, ajouter des faisceaux de fibres multifilamentaires au faisceau principal de fibres multifilamentaires avant de procéder à la polymérisation finale par des rayons UV et IR.
Par ailleurs, en fin de processus, en sortie du dispositif de rayonnement final, grâce au diamètre important du monobrin composite final, la polymérisation pourrait se terminer grâce à l’ exothermie du monobrin. Avantageusement, le module de préparation des fibres multifilamentaires imprégnées supplémentaires ou secondaires comprend un dispositif d’ alimentation pour former des fibres multifilamentaires, sous forme de faisceau ou de monobrin, une chambre à vide ou chambre de dégazage et une chambre d’ imprégnation en aval de chambre à vide et remplie d’une composition d’imprégnation à base d’une matière polymérisable.
Par exemple, le deuxième étage de fabrication du monobrin composite final comprend deux modules supplémentaires agencés en parallèle. En variante, on pourrait prévoir que le deuxième étage de fabrication ne comprenne qu’un seul module ou plus de deux modules supplémentaires.
Avantageusement, chaque étage de fabrication du monobrin composite comprend un dispositif de chauffage associé à la chambre d’ imprégnation correspondante et configuré pour chauffer la matière polymérisable présente dans ladite chambre d’ imprégnation à une température comprise entre 50°C et 95°C, de préférence 60°C à 80°C.
Selon un second aspect, l’ invention concerne un procédé de fabrication en continu d’un élément composite longiligne comportant un faisceau de fibres multifilamentaires imprégné d’une composition à base d’une matière polymérisable, comportant les étapes successives suivantes :
- fabrication d’un monobrin principal dans un premier étage de fabrication ; et au moins
- fabrication d’un deuxième monobrin dans un deuxième étage fabrication.
Avantageusement, chaque étage de fabrication d’un monobrin composite comprend une étape de préparation de fibres multifilamentaires imprégnées comprenant les étapes successives suivantes :
- alimentation de filaments élémentaires pour former des fibres multifilamentaires,
- dégazage, dans une chambre à vide, des fibres multifilamentaires,
- imprégnation des fibres multifilamentaires d’une composition à base d’une matière polymérisable contenue dans une chambre d’ imprégnation remplie avec ladite composition, et
- calibrage des fibres multifilamentaires imprégnées, via une filière de calibrage de manière à former un monobrin imprégné de matière polymérisable.
Par exemple, lors de l’ étape de fabrication d’un monobrin principal, le monobrin imprégné est polymérisé partiellement dans un premier dispositif de rayonnement pour former un monobrin principal de matière polymérisable.
Par exemple, lors de l’ étape de fabrication d’un deuxième monobrin :
- le monobrin principal est associé à des fibres multifilamentaires supplémentaires provenant d’ au moins un module de préparation de fibres multifilamentaires imprégnées supplémentaires pour former un premier monobrin intermédiaire ;
- ledit premier monobrin intermédiaire est polymérisé dans un dispositif de rayonnement supplémentaire configuré pour réaliser une polymérisation partielle ou intermédiaire du premier monobrin intermédiaire et pour former un monobrin pré-polymérisé ou deuxième monobrin intermédiaire ; et
- ledit deuxième monobrin intermédiaire est polymérisé dans un dispositif de rayonnement final situé en aval du dispositif de rayonnement supplémentaire de polymérisation configuré pour réaliser une polymérisation complète ou finale dudit deuxième monobrin intermédiaire et former un monobrin composite final.
D’ autres buts, caractéristiques et avantages de l’ invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’ exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
[Fig. l ] représente très schématiquement une installation de fabrication d’un élément composite selon l’état de la technique ;
[Fig.2] représente très schématiquement une installation de fabrication d’un élément composite selon un premier mode de réalisation de l’ invention
[Fig.3] représente très schématiquement une installation de fabrication d’un élément composite selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ; et
[Fig.4] est un organigramme illustrant certaines étapes du procédé de fabrication d’un élément composite par une installation selon la figure 2.
La figure 2 illustre de manière schématique une installation 100 de fabrication d’un élément composite EF longiligne de grande longueur.
Par « élément composite longiligne » , on entend un élément composite de grande longueur comportant un faisceau de fibres multifilamentaires noyées dans une composition à base d’un matière polymérisable, que l’ on fabrique de manière continue à partir d’une ou plusieurs bobines d’ alimentation en fibres multifilamentaires Fi_0 pour former un faisceau qui est entrainé en translation selon la flèche F pour réaliser successivement l’imprégnation de matière polymérisable de ses fibres et la polymérisation de la matière au fur et à mesure du déplacement du faisceau.
Par « fibre multifilamentaire », on comprend une fibre qui comprend plusieurs filaments élémentaires Fi agencés côte à côte pour former un faisceau dont les fibres élémentaires sont unidirectionnelles en étant sensiblement parallèles entre elles.
Les fibres multifilamentaires peuvent être choisies dans le groupe constitué par les fibres de verre, de carbone, de silice, de céramique, de lin, de chanvre, de basalte, de cellulose, etc.... Ces fibres multifilamentaires sont utilisées pour réaliser des composites longilignes réalisées par imprégnation d’une composition polymérisable des fibres multifilamentaires.
La matière polymérisable peut être du type thermodurcissable, de préférence thermoréticulable, de préférence de type vinylester. Par matière polymérisable, on entend une matière comportant, en poids, plus de 50% , de préférence plus de 75 %, de matière organique, de préférence plus de 95% de matière organique.
Ainsi, cette matière peut être une matière polymérique thermopolymérisable par exemple à base de polyester insaturé, de polyépoxide, de dérivé phénolique, ou d’ aminoplaste. De préférence, la matière polymérisable est réticulée.
Par exemple, la matière polymérisable est une résine réticulable par rayonnement ionisant, la polymérisation finale pouvant être déclenchée et contrôlée aisément au moyen d’un traitement ionisant, par exemple de type UV.
La température Tg de transition vitreuse de la matière polymérisable est de préférence supérieure ou égale à 130°C, par exemple supérieure à 170°C, de préférence supérieure ou égale à 180°C.
Dans l’ exemple illustré sur les figures, l’ élément composite EF est un monobrin comportant des fibres multifilamentaires noyées dans une matière polymérisable, telle qu’une résine thermodurcissable.
Le monobrin composite EF peut prendre toute forme connue, il peut s’ agir, par exemple, d’un monobrin cylindrique de diamètre important, par exemple compris entre 10mm et 30mm ou un monobrin cylindrique de petit diamètre, par exemple compris entre 0.5mm à 2.5mm.
Les filaments élémentaires ont, par exemple, chacun un diamètre moyen compris entre 5pm et 30pm.
L’installation de l’ invention permet, bien entendu la fabrication de monobrins de section transversale circulaire, rectangulaire, ovale, elliptique, tubulaire, etc....
Tel qu’ illustré sur la figure 2, l’installation 100 de fabrication comprend, dans la direction d’ avancement du faisceau de fibres multifilamentaires selon la flèche F, un premier étage ETAGE 1 de fabrication d’un monobrin composite principal E2, un deuxième étage ETAGE 2 de fabrication d’un monobrin composite final EF et un dispositif D d’ entrainement en translation selon la flèche F configuré pour entrainer en translation le faisceau de fibres multifilamentaires pour réaliser successivement le passage dans le premier et deuxième étage ETAGE 1 , ETAGE 2. Le deuxième étage ETAGE 2 est ici un étage final.
Le dispositif d’ entraînement D est, par exemple, du type comportant un tambour de traction motorisé permettant d’ enrouler l’ élément composite autour de son axe ou comportant deux tambours motorisés se faisant face, en étant espacés d’une distance correspondante au moins égale à l’ épaisseur de l’ élément composite et qui tournent en sens contraires pour entraîner l’ élément composite EF, par friction, en an mouvement de translation, en le faisant passer dans l’ espace situé entre les deux tambours.
Tel qu’ illustré, le premier étage ETAGE 1 de fabrication du monobrin composite principal E2 comprend, dans la direction d’ avancement du faisceau de fibres multifilamentaires selon la flèche F :
- un dispositif d’ alimentation 1 1 1 comprenant ici une pluralité de bobines 1 12 d’ alimentation en filaments élémentaires Fi_0 pour former un faisceau de fibres multifilamentaires EO,
- une chambre à vide 1 13 ou chambre de dégazage disposée entre une buse d’ entrée 1 13a et une buse de séparation 1 13b ;
- une chambre d’ imprégnation 1 14 en aval de chambre à vide 1 13 et notamment de la buse de séparation 1 13b et remplie d’une composition d’imprégnation 1 15 à base d’une matière polymérisable ;
- une filière de calibrage 1 16 en sortie de la chambre d’ imprégnation 1 14 de manière à former un premier monobrin El imprégné de matière polymérisable ; et
- un premier dispositif de rayonnement 1 17 à travers lequel circule le premier monobrin E l imprégné de matière polymérisable et configuré pour réaliser une polymérisation partielle ou complète du premier monobrin E l imprégné et pour former un monobrin composite principal E2.
Chaque bobine 1 12 permet d’ alimenter une fibre multifilamentaire. Si l’ étage 1 comporte neuf fibres multifilamentaires, le dispositif d’ alimentation 1 1 1 comprend neuf bobines. Tel qu’ illustré, le deuxième étage ETAGE 2 de fabrication du monobrin composite final EF comprend, dans la direction d’ avancement du faisceau de fibres multifilamentaires selon la flèche F : deux modules 120, 130 de préparation de fibres multifilamentaires imprégnées supplémentaires ou secondaires ES I , ES2, sous forme de faisceau ou de monobrin. Les deux modules supplémentaires 120, 130 sont agencés en parallèle ;
- une deuxième filière de calibrage 126 configurée pour recevoir les fibres multifilamentaires supplémentaires ES I , ES2 et le monobrin composite principal E2 de manière à former un premier monobrin intermédiaire E3 ;
- un dispositif de rayonnement supplémentaire 127 situé en aval de la deuxième filière de calibrage 126, à travers lequel circule le premier monobrin intermédiaire E3 et configuré pour réaliser une polymérisation partielle ou intermédiaire pour former un premier monobrin pré-polymérisé E4 ou deuxième monobrin intermédiaire ; et
- un dispositif de rayonnement final 1 18 situé en aval du dispositif de rayonnement supplémentaire 127, à travers lequel circule le premier monobrin pré-polymérisé E4 et configuré pour réaliser une polymérisation complète ou finale dudit monobrin E4 et former un monobrin composite final EF.
En variante, on pourrait prévoir qu’un seul module ou plus que deux modules de préparation de fibres multifilamentaires imprégnées supplémentaires ou secondaires.
De manière générale, le dispositif de rayonnement supplémentaire 127 est situé en aval du premier dispositif de rayonnement 1 17 et en amont du dispositif de rayonnement final 1 18.
En variante, on pourrait prévoir que le deuxième étage ETAGE 2 ne comprenne pas le dispositif de rayonnement supplémentaire 127. Dans ce cas, le dispositif de rayonnement final 1 18 est situé directement en aval de la deuxième filière de calibrage 126 et à travers lequel circule le premier monobrin intermédiaire E3. Le dispositif de rayonnement final 1 18 est ainsi configuré pour réaliser une polymérisation complète ou finale dudit premier monobrin intermédiaire E3 et former un monobrin composite final EF.
Les modules supplémentaires 120, 130 de préparation de fibres multifilamentaires imprégnés supplémentaires ES I , ES2 sont fonctionnellement identiques au module principal 1 10 de préparation du faisceau de fibres multifilamentaires imprégné E l .
De manière générale, chaque module supplémentaire 120, 130 comprend un dispositif d’ alimentation 121 , 131 comprenant plusieurs bobines 122, 132 d’ alimentation en filaments élémentaires Fi_l , Fi_2 pour former respectivement les fibres multifilamentaires ES I , ES2.
Chaque module supplémentaire 120, 130 comprend en outre une chambre à vide 123, 133 disposée entre une buse d’ entrée 123a, 133a et une buse de séparation 123b, 133b et une chambre d’ imprégnation 124,
134 en aval de chambre à vide 123, 133 et notamment de la buse de séparation 123b, 133b, remplie d’une composition d’ imprégnation 125 ,
135 à base d’une matière polymérisable provenant d’un réservoir extérieur (non représenté) via un tuyau d’ entrée 124a, 134a, et comprenant un dispositif de chauffage 124b, 134b. La chambre d’ imprégnation 123, 133 est délimitée par la buse de séparation 123b, 133b de la chambre à vide 123, 133 et par une filière de sortie finale 124c, 134c.
Les fibres multifilamentaires supplémentaires ES I , ES2 sont dirigées vers le monobrin principal E2 à travers la deuxième filière de calibrage 126 de manière à former le premier monobrin intermédiaire E3 imprégné de matière polymérisable et dont le monobrin principal E2 a déjà subi une polymérisation partielle ou complète dans le premier dispositif de rayonnement 1 17.
La chambre à vide 1 13 et la chambre d’ imprégnation 1 14 du premier étage ETAGE 1 , la première filière de calibrage 1 16, le premier dispositif de rayonnement 1 17, la deuxième filière de calibrage 126, le dispositif de rayonnement supplémentaire 127 et le dispositif de rayonnement final 1 18 sont, ici, agencés selon un même axe correspondant à l’ axe longitudinal X-X’ de l’installation 100. Chaque chambre à vide 1 13, 123 , 133 est, de manière connue en soi, délimitée par une buse d’ entrée 1 13a, 123a, 133a, rigide, munie d’un orifice traversant et une buse de séparation l 13b, 123b, 133b, rigide, munie également d’un orifice traversant situé axialement en regard de l’ orifice de la plaque d’entrée.
En variante, on pourrait prévoir que la buse d’ entrée soit munie d’une pluralité d’ orifices traversants et que la buse de séparation soit munie d’une pluralité d’ orifices traversants. Chaque orifice traversant recevant une fibre ou plusieurs fibres.
Le faisceau de fibres multifilamentaires est introduit dans la chambre à vide correspondante 1 13 , 123, 133 en le faisant passer par le ou les orifices de la buse d’entrée 1 13a, 123a, 133a et en ressortent par le ou les orifices traversant de la buse de séparation 1 13b, 123b, 133b.
Chaque chambre à vide 1 13 , 123, 133 est reliée à une pompe à vide (non représentée) qui maintient un niveau de pression d’ environ 0.2 bar, idéalement O. lbar dans la chambre à vide correspondante 1 13,
123 , 133, malgré le passage du faisceau de fibres multifilamentaires à travers les orifices ayant un diamètre supérieur à ceux du faisceau de fibres multifilamentaires qui les traverse.
Les chambres à vide 1 13, 123 , 133 permettent de dégazer le faisceau de fibres multifilamentaires qui les traverse par l’ action du vide et ainsi de renforcer l’ efficacité de l’imprégnation ultérieure et surtout de garantir l’ absence de bulles à l’ intérieur du monobrin composite final.
Après traversée de la chambre à vide 1 13 , 123, 133, le faisceau de fibres multifilamentaires entre dans la chambre d’ imprégnation 1 14,
124, 134 qui est totalement pleine de matière polymérisable d’ imprégnation, donc dépourvue d’ air.
Chaque chambre d’ imprégnation 1 14, 124, 134 est une enceinte étanche à l’ air, délimitée par la buse de séparation 1 13b, 123b, 133b et la filière de sortie finale 116, 124c, 134c, rigide, munie également d’un ou de plusieurs orifices traversant situés axialement en regard du ou des orifices de la buse de séparation. Chaque chambre d’ imprégnation 1 14, 124, 134 est alimentée en matière polymérisable 1 15 , 125, 135 provenant d’un réservoir extérieur (non représenté) via un tuyau d’entrée 1 14a, 124a, 134a, ici située en partie supérieure de ladite chambre d’ imprégnation 1 14, 124, 134. En variante, on pourrait prévoir le tuyau d’entrée en partie inférieure.
Chaque chambre d’ imprégnation 1 14, 124, 134 peut également comprendre, par exemple sur sa partie inférieure, un tuyau d’ évacuation (non représenté) de la matière polymérisable.
Chaque chambre d’ imprégnation 1 14, 124, 134 est totalement remplie de matière polymérisable de manière à ce que le faisceau de fibres multifilamentaires sortant de la chambre à vide 1 13, 123, 133 et qui la traverse en parcourant un trajet linéaire soit complètement imprégné de matière polymérisable.
Chaque chambre d’imprégnation 1 14, 124, 134 est associée à un dispositif de chauffage 1 14b, 124b, 134b configuré pour chauffer la matière polymérisable à une température comprise entre 50°C et 95°C, de préférence entre 60°C et 80°C.
Ainsi, les fibres multifilamentaires imprégnées sortent de la chambre d’ imprégnation correspondante 1 14, 124, 134 à une température comprise entre 50°C et 95°C, de préférence entre 60 et 80°C avant de traverser les dispositifs de rayonnement 1 17, 127, 1 18.
Tel qu’ illustré sur la figure 2, le dispositif d’ alimentation 1 1 1 , la chambre à vide 1 13 et la chambre d’ imprégnation 1 14 forment ensemble un premier module 1 10 de préparation de fibres multifilamentaires imprégnées, le dispositif d’ alimentation 121 , la chambre à vide 123 et la chambre d’ imprégnation 124 forment ensemble un deuxième module 120 de préparation de fibres multifilamentaires imprégnées et le dispositif d’ alimentation 131 , la chambre à vide 133 et la chambre d’ imprégnation 134 forment ensemble un troisième module 130 de préparation de fibres multifilamentaires imprégnées. Les modules 120, 130 sont des modules supplémentaires ou secondaires de préparation de fibres multifilamentaires imprégnées El , ES I , ES2.
La première et la deuxième filières de calibrage 1 16, 126 sont, ici, sous la forme d’une buse de calibrage configurée pour mettre en forme les fibres multifilamentaires sortant de la chambre d’ imprégnation 1 14, 124, 134 pour former un monobrin de fibres multifilamentaires imprégné E l , E3.
En variante, on pourrait prévoir tout autre dispositif permettant la mise en forme de fibres multifilamentaires imprégnées avant la polymérisation dans les dispositifs rayonnement correspondants 1 17, 127.
Le premier dispositif de rayonnement 1 17 comprend une première source lumineuse à rayonnement ultra-violet 1 17a, d’ acronyme UV.
La première source lumineuse à rayonnement ultra-violet 1 17a comprend, par exemple, une pluralité de diodes électroluminescentes (non représentées), d’ acronyme LED, de préférence dirigées radialement vers le premier monobrin imprégné El , avec ou sans réflecteurs pour optimiser l’ irradiation.
La première source lumineuse à rayonnement ultra-violet 1 17a à LEDs est configurée pour émettre uniquement un rayonnement ultraviolet, monochromatique, dont les longueurs d’ ondes disponibles sont les suivantes : 365nm, 385nm, 395nm, 405nm, et plus généralement comprises entre 200nm et 405nm.
De manière nullement limitative, le premier dispositif de rayonnement 1 17 peut comprendre un tube de protection (non référencé) des fibres multifilamentaires imprégnées E l qui entrent dans le premier dispositif de rayonnement 1 17. Le tube de protection est, par exemple en quartz ou en verre et qui laisse passer les rayons ultra-violets, à travers lequel circule le monobrin en cours de formation, ce tube peut être parcouru par un courant de gaz inerte, de préférence de l’ azote.
La première source lumineuse à rayonnement ultra-violet 1 17a à LEDs permet donc d’ émettre un rayonnement radial et direct sur le premier monobrin imprégné El , avec ou sans élément intermédiaire, comme un ou plusieurs réflecteurs.
En variante, la première source lumineuse à rayonnement ultraviolet 1 17a pourrait comprendre une pluralité de lampes à vapeur de mercure configurée pour émettre un rayonnement ultraviolet à large spectre UV, un rayonnement infrarouge et une lumière visible.
L’utilisation de LEDs peut permettre de diminuer les vapeurs styrène, de réduire l’ encrassement du tube de protection, et de réduire les variations d’ intensité lumineuse, ce qui permet d’ obtenir une polymérisation plus constante de fibres multifilamentaires.
Par ailleurs, les LEDs ont une durée de vie plus importante et une consommation énergétique inférieure ou similaire aux lampes à vapeur de mercure et rejettent moins de vapeurs de styrène dans l’ atmosphère.
Le premier dispositif de rayonnement 1 17 est configuré pour polymériser partiellement ou totalement le premier monobrin imprégné El et délivrer un monobrin composite principal E2.
Par « polymérisation partielle ou pré polymérisation, on entend que le degré de polymérisation des fibres multifilamentaires imprégnées a atteint entre 0.5% et 5%de la polymérisation complète.
La durée d’ exposition du faisceau de fibres multifilamentaires imprégné E l à la première source lumineuse UV est comprise entre 0.2s et 2s.
La puissance de la première source lumineuse UV est comprise entre 100W et 3000W.
Le dispositif de rayonnement supplémentaire 127 comprend une source lumineuse supplémentaire à rayonnement ultra-violet 127a, d’ acronyme UV disposée après la deuxième buse de calibration 127 et en amont du dispositif de rayonnement final 1 18.
Dans un exemple, la source lumineuse supplémentaire à rayonnement ultra-violet 127a du dispositif de rayonnement supplémentaire 127 comprend une pluralité de LEDs configurée pour émettre uniquement un rayonnement ultraviolet de longueur d’ ondes comprise entre 365nm et 405nm.
En variante, on pourrait prévoir que la source lumineuse supplémentaire à rayonnement ultra-violet 127a du dispositif de rayonnement supplémentaire 127 comprenne une pluralité de lampes à vapeur de mercure configurée pour émettre un rayonnement ultraviolet à large spectre UV combiné au moins à un rayonnement infrarouge.
Le dispositif de rayonnement supplémentaire 127 est configuré pour polymériser partiellement ou pré polymériser le premier monobrin intermédiaire E3 et délivrer un monobrin pré-polymérisé E4.
La durée d’exposition du premier monobrin intermédiaire E3 à la source supplémentaire 127a lumineuse UV est comprise entre 0.5 s et 9s.
La puissance de la source supplémentaire 127a lumineuse UV est comprise entre l . lkW et 98kW.
Le dispositif de rayonnement final 1 18 est distinct du premier dispositif de rayonnement 1 17 et du dispositif de rayonnement supplémentaire 127 pour former un monobrin composite final EL.
Le dispositif de rayonnement final 1 18 comprend une source lumineuse finale configurée pour terminer la polymérisation du premier monobrin pré-polymérisé E4.
La polymérisation dite « complète » ou « finale » du composite est obtenue lorsque le degré de polymérisation de la matière polymérisable est proche de 100% , de préférence supérieur ou égal à 95% .
Par exemple, la source lumineuse finale est configurée pour émettre au moins un rayonnement infrarouge 1 18a, d’ acronyme IR, et comprend, par exemple, une pluralité de lampes à infrarouge (non représentées), de préférence dirigées radialement vers le monobrin pré- polymérisé E4.
Lorsque le deuxième étage comprend un dispositif de rayonnement supplémentaire 127, la source lumineuse finale 1 18a est configurée pour émettre uniquement un rayonnement infrarouge, de longueur d’ onde comprise entre I pm et 3pm. Pour les fibres de verres, on privilégiera une source finale IR à longueur d’ onde égale à I pm.
La durée d’ exposition du premier monobrin pré-polymérisé E4 à la source lumineuse finale 1 18a IR est comprise entre 2.6s et 23s.
La puissance de la source lumineuse finale 1 18a IR est comprise entre 2.2kW et 98kW. En variante, lorsque le deuxième étage ne comprend pas de dispositif de rayonnement supplémentaire 127, la source lumineuse finale 1 18a est configurée pour émettre une combinaison de rayonnements ultraviolet et infrarouge.
Une telle installation est particulièrement avantageuse pour fabriquer un monobrin composite EF à partir d’un faisceau de fibres multifilamentaires de multifilamentaires de grand diamètre, compris entre 10mm et 30mm. En effet, du fait que le faisceau de fibres multifilamentaires de grand diamètre garde plus longtemps de la chaleur, il n’ est pas nécessaire de terminer tout de suite la polymérisation après la polymérisation partielle par la source lumineuse à rayonnement UV. On peut alors, ajouter des fibres multifilamentaires au monobrin principal avant de procéder à la polymérisation finale par une source lumineuse à rayonnement UV et infrarouge.
En variante, on pourrait prévoir d’ ajouter un deuxième dispositif de rayonnement supplémentaire (non représenté) situé entre le dispositif de rayonnement final 1 18 et le premier dispositif de rayonnement supplémentaire 127 et comprenant une troisième source lumineuse à rayonnement ultra-violet.
Dans ce cas, on pourrait prévoir que la source lumineuse supplémentaire à rayonnement ultra-violet 127a du premier dispositif de rayonnement supplémentaire 127 comprenne une pluralité de LEDs configurée pour émettre uniquement un rayonnement ultraviolet de longueur d’ ondes comprise entre 365nm et 405nm et que la troisième source lumineuse à rayonnement ultra-violet comprenne une pluralité de lampes à vapeur de mercure configurée pour émettre un rayonnement ultraviolet à large spectre UV, un rayonnement infrarouge et une lumière visible.
En variante, on pourrait prévoir que la source lumineuse supplémentaire à rayonnement ultra-violet 127a du premier dispositif de rayonnement supplémentaire 127 comprenne une pluralité de lampes à vapeur de mercure configurée pour émettre un rayonnement ultraviolet à large spectre UV, un rayonnement infrarouge et une lumière visible et que la troisième source lumineuse à rayonnement ultra-violet comprenne une pluralité de LEDs configurée pour émettre uniquement un rayonnement ultraviolet de longueur d’ ondes comprise entre 365nm et 405.
En variante, on pourrait également prévoir que la source lumineuse supplémentaire à rayonnement ultra-violet 127a du premier dispositif de rayonnement supplémentaire 127 et la troisième source lumineuse à rayonnement ultra-violet comprennent chacune une pluralité de LEDs configurée pour émettre uniquement un rayonnement ultraviolet de longueur d’ ondes comprise entre 365nm et 405nm.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 3, dans lequel les mêmes éléments portent les mêmes références, l’ installation 101 de fabrication d’un monobrin composite EF diffère uniquement du mode de réalisation illustré sur la figure 2 par le fait que l’ installation 101 comprend un troisième étage ETAGE 3 de fabrication d’un monobrin composite.
Dans ce mode de réalisation, le premier étage ETAGE 1 est identique au premier étage ETAGE 1 décrit en référence à la figure 2 et le deuxième étage ETAGE 2 diffère du deuxième étage ETAGE 2 décrit en référence à la figure 2 uniquement par le fait qu’ il ne comprend pas un dispositif de rayonnement final qui se retrouve dans le dernier étage ETAGE 3. Le deuxième étage ETAGE 2 forme ici un étage intermédiaire.
Ainsi, le premier monobrin pré-polymérisé E4 sortant du premier dispositif de rayonnement intermédiaire 127 forme un deuxième monobrin intermédiaire qui entre dans le troisième étage ETAGE 3.
Tel qu’ illustré sur la figure 3, le troisième étage ETAGE 3 de fabrication du monobrin composite final EF comprend, dans la direction d’ avancement du faisceau de fibres multifilamentaires selon la flèche F :
- une deuxième série de deux modules 140, 150 de préparation de fibres multifilamentaires imprégnées supplémentaires ou secondaires ES3 , ES4. Les deux modules supplémentaires 140, 150 sont agencés en parallèle ; Tl
- une troisième filière de calibrage 136 configurée pour recevoir les fibres multifilamentaires supplémentaires ES3 , ES4 et le premier monobrin pré polymérisé E4 ou deuxième monobrin intermédiaire de manière à former un troisième monobrin intermédiaire E5 ;
- un deuxième dispositif de rayonnement supplémentaire 137 situé en aval de la deuxième filière de calibrage 126, à travers lequel circule le troisième monobrin intermédiaire E5 et configuré pour réaliser une polymérisation partielle ou intermédiaire pour former un deuxième monobrin pré-polymérisé E6 ; et
- un dispositif de rayonnement final 1 18 situé en aval du deuxième dispositif de rayonnement supplémentaire 137, à travers lequel circule le deuxième monobrin pré-polymérisé E6 et configuré pour réaliser une polymérisation complète ou finale dudit monobrin E6 et former un monobrin composite final EF.
En variante, on pourrait prévoir que le troisième étage ne comprenne pas de dispositif de rayonnement supplémentaire de sorte que le dispositif de rayonne final soit configuré pour réaliser une polymérisation complète ou finale du troisième monobrin intermédiaire E5.
En variante, on pourrait prévoir qu’un seul ou plus que deux modules de préparation de fibres multifilamentaires imprégnées supplémentaires ou secondaires.
La deuxième série de modules supplémentaires 140, 150 de préparation de fibres multifilamentaires imprégnées supplémentaires ES3 , ES4 est fonctionnellement identique à la première série de modules supplémentaires 120, 130 de préparation de fibres multifilamentaires imprégnées supplémentaires ES I , ES2.
La description complète de chacun de ces modules ne sera pas reprise pour ne pas alourdir la description.
De manière générale, chaque module supplémentaire 140, 150 de la deuxième série de modules supplémentaires comprend un dispositif d’ alimentation 141 , 151 comprenant ici plusieurs bobines 142, 152 d’ alimentation en filaments élémentaires Fi_3, Fi_4 pour former respectivement des fibres multifilamentaires ES3 , ES4. Chaque module supplémentaire 140, 150 de la deuxième série de modules supplémentaires comprend en outre une chambre à vide 143, 153 disposée entre une buse d’ entrée 143a, 153a et une buse de séparation 143b, 153b et une chambre d’imprégnation 144, 154 en aval de chambre à vide 143 , 153 et notamment de la buse de séparation 143b, 153b, remplie d’une composition d’imprégnation 145 , 155 à base d’une matière polymérisable provenant d’un réservoir extérieur (non représenté) via une buse d’entrée 144a, 154a, et comprenant un dispositif de chauffage 144b, 154b. La chambre d’ imprégnation 144, 154 est délimitée par la buse de séparation 143b, 153b et par une filière de sortie finale 144c, 154c.
Les fibres multifilamentaires supplémentaires ES3, ES4 sont dirigées vers le monobrin pré-polymérisé E4 à travers la troisième filière de calibrage 136 de manière à former le troisième monobrin intermédiaire E5 imprégné de matière polymérisable et dont le premier monobrin pré polymérisé E4 ou deuxième monobrin intermédiaire a déjà subi une polymérisation partielle ou complète dans le premier dispositif de rayonnement supplémentaire 127.
Le deuxième dispositif de rayonnement supplémentaire de polymérisation 137 est distinct du premier dispositif de rayonnement 1 17 , de premier dispositif de rayonnement supplémentaire 127 et du dispositif de rayonnement final 1 18.
Le premier dispositif de rayonnement 1 17 et le dispositif de rayonnement final 1 18 sont identiques à ceux décrits en référence à la figure 2 et ne seront pas davantage décrits ici.
Le deuxième dispositif de rayonnement supplémentaire 137 comprend une source lumineuse supplémentaire à rayonnement ultraviolet 137a, d’ acronyme UV disposée après la troisième buse de calibration 137 et en amont du dispositif de rayonnement final 1 18.
Dans un exemple, la deuxième source lumineuse supplémentaire à rayonnement ultra-violet 137a du dispositif de rayonnement supplémentaire 137 comprend une pluralité de LEDs configurée pour émettre uniquement un rayonnement ultraviolet de longueur d’ ondes comprise entre 365nm et 405nm. En variante, on pourrait prévoir que la deuxième source lumineuse supplémentaire à rayonnement ultra-violet 137a du dispositif de rayonnement supplémentaire 137 comprenne une pluralité de lampes à vapeur de mercure configurée pour émettre un rayonnement ultraviolet à large spectre UV, un rayonnement.
Le dispositif de rayonnement supplémentaire 137 est configuré pour polymériser partiellement ou pré polymériser le troisième monobrin intermédiaire E5 et délivrer un deuxième monobrin imprégné pré-polymérisé E6.
La durée d’ exposition du troisième monobrin intermédiaire E5 E5 à la deuxième source supplémentaire 137a lumineuse UV est comprise entre 0.5 s et 9s.
La puissance de la deuxième source supplémentaire 137a lumineuse UV est, ici, comprise entre l . lkW et 98kW.
L’installation a été décrite en référence à deux ou trois étages de fabrication de monobrins composites. De manière générale, l’ installation comprend N étages de fabrication d’un monobrin composite, avec N supérieur ou égal à deux. Chaque étage de fabrication d’un monobrin composite comprend une chambre d’ imprégnation, afin de n’ imprégner que les fibres multifilamentaires nécessaires pour réaliser l’ étape de polymérisation partielle ou finale.
Une telle installation permet de facilement aj outer des modules de préparation supplémentaires, et plus généralement des étages de fabrication d’un monobrin composite en vue d’ augmenter le diamètre du brin composite final. Une telle installation permet également de remplacer et/ou d’ ajouter des dispositifs de polymérisation afin d’ augmenter la vitesse de production.
Une telle polymérisation étagée permet d’ obtenir un monobrin composite de diamètre compris entre 10mm et 30mm.
Par ailleurs, une telle installation permet de laisser l’ accès aux buses de calibrage et aux dispositifs de rayonnement, qui ne sont pas entourées de fibres imprégnées contrairement à l’ art antérieur connu, ce qui facilite leur remplacement ou maintenance en cas de besoin. Les chambres à vide 1 13, 123, 133, 143 , 153 et les chambres d’ imprégnation 1 14, 124, 134, 144, 154 selon l’ invention sont, de préférence, dotées de couvercles afin de faciliter le nettoyage et la mise en place des fibres multifilamentaires.
Une telle installation permet une intégration facilitée de tubes de protection à l’ intérieur des dispositifs de rayonnement.
Tel qu’ illustré sur la figure 4, l’ organigramme illustre les étapes d’un procédé 200 de fabrication d’un élément composite EF par l’ installation selon la figure 2.
Le procédé 200 de fabrication comprend une première étape 210 de fabrication d’un monobrin principal E2 dans un premier étage ETAGE 1 de fabrication et un deuxième étage 220 de fabrication d’un monobrin final EF dans un deuxième étage ETAGE 2 de fabrication.
La première étape 210 de fabrication d’un monobrin principal E2 comprend les étapes successives suivantes :
- une étape 211 d’ alimentation de filaments élémentaires pour former un faisceau de fibres multifilamentaires E0,
- une étape 212 de dégazage, dans une chambre à vide 1 13, du faisceau de fibres multifilamentaires E0,
- une étape 213 d’ imprégnation lors de laquelle le faisceau de fibres multifilamentaires E0 est imprégné d’une composition à base d’une matière polymérisable contenue dans une chambre d’ imprégnation 1 14 remplie avec ladite composition,
- une étape 214 de calibrage, via une première filière de calibrage 1 16 en sortie de la chambre d’imprégnation 1 14 de manière à former un premier monobrin El imprégné de matière polymérisable ; et
- une première étape de polymérisation 215 lors de laquelle le premier monobrin E l imprégné de matière polymérisable circule à travers un premier dispositif de rayonnement 1 17 en vue d’une polymérisation partielle ou complète du premier monobrin E l imprégné et pour former un monobrin composite principal E2.
Tel qu’illustré, la deuxième étape 220 de fabrication d’un monobrin final EF comprend les étapes successives suivantes : - deux étapes parallèles 230, 240 de préparation de fibres multifilamentaires imprégnées supplémentaires ou secondaires ES I , ES2,
- une étape 224 de calibrage, via une deuxième filière de calibrage 126 située en sortie du premier dispositif de rayonnement 1 17 du premier étage ETAGE 1 , lors de laquelle on réalise un premier monobrin intermédiaire E3 comprenant les fibres multifilamentaires supplémentaires ES I , ES2 et le monobrin composite principal E2 ; et
- une étape de polymérisation supplémentaire 225 lors de laquelle le premier monobrin intermédiaire E3 circule à travers un dispositif de rayonnement supplémentaire 127 en vue d’une polymérisation partielle ou complète dudit premier monobrin intermédiaire E3 pour former un monobrin pré-polymérisé E4, et
- une étape de polymérisation finale 226 lors de laquelle le monobrin pré-polymérisé E4 circule à travers un dispositif de rayonnement final 1 18 en vue d’une polymérisation finale dudit monobrin pré-polymérisé E4 pour former un monobrin final EF.
Chaque étape 230, 240 de préparation des fibres multifilamentaires imprégnées supplémentaires ou secondaires ES I , ES2 comprend une étape 231 , 241 d’ alimentation de filaments élémentaires pour former un faisceau de fibres multifilamentaires, une étape 232, 242 de dégazage, dans une chambre à vide 123, 133 du faisceau de fibres multifilamentaires et une étape 233, 243 d’ imprégnation lors de laquelle le faisceau rectiligne de fibres multifilamentaires est imprégné d’une composition à base d’une matière polymérisable contenue dans une chambre d’ imprégnation 124, 134 remplie avec ladite composition.
En variante, on pourrait prévoir qu’une seule ou plus que deux étapes de préparation des fibres multifilamentaires imprégnés supplémentaires ou secondaires.
Après avoir traversé la chambre à vide 1 13 , le faisceau de fibres multifilamentaires E0 entre dans la chambre d’ imprégnation 1 14 qui est totalement pleine de matière polymérisable d’imprégnation, donc dépourvue d’ air. La chambre d’ imprégnation 1 14 est alimentée en matière polymérisable 1 15 provenant d’un réservoir extérieur (non représenté) via un tuyau d’ entrée 1 14a, ici situé en partie supérieure de ladite chambre d’imprégnation 1 14.
La chambre d’imprégnation 1 14 est totalement remplie de matière polymérisable de manière que le faisceau de fibres multifilamentaires sortant de la chambre à vide 1 13 et qui la traverse en parcourant un trajet linéaire soit complètement imprégné de matière polymérisable.
La chambre d’ imprégnation 1 14 est associée à un dispositif de chauffage 1 14b configuré pour chauffer la matière polymérisable à une température comprise entre 50°C et 95°C, de préférence entre 60°C et 80°C.
Ainsi, les fibres multifilamentaires imprégnées sortent de la chambre d’ imprégnation 1 14 à une température comprise entre 50°C et 95°C, de préférence entre 60°C et 80°C. avant de traverser le premier dispositif de rayonnement 1 17.
Lors de la première étape 225 de polymérisation, on polymérise partiellement ou totalement le monobrin imprégné de matière polymérisable El pour former un monobrin principal E2 en utilisant le premier dispositif de rayonnement 1 17 comprenant une première source lumineuse à rayonnement ultra-violet 1 17a, d’ acronyme UV.
La première source lumineuse à rayonnement ultra-violet 1 17a est identique à celle décrite en référence à la figure 2 et ne sera pas davantage décrite ici.
La durée d’ exposition du premier monobrin imprégné El à la première source lumineuse UV est comprise entre 0.2s et 2s.
La puissance de la première source lumineuse UV est comprise entre l OOWatts et 3000Watts.
Lors de l’ étape 225 de polymérisation supplémentaire, on polymérise le premier monobrin intermédiaire E3 comprenant les faisceaux de fibres multifilamentaires supplémentaires ES I , ES2 et le monobrin composite principal E2 en utilisant un dispositif de rayonnement supplémentaire 127 comprenant une source lumineuse supplémentaire à rayonnement ultra-violet 127a, d’ acronyme UV.
La durée d’ exposition du premier monobrin intermédiaire E3 à la source lumineuse supplémentaire UV est comprise entre 0.5s et 9s.
La puissance de la source lumineuse supplémentaire UV est comprise entre l . lkW et 98kW.
Lors de l’ étape 226 de polymérisation finale, on polymérise le premier monobrin pré-polymérisé E4 en utilisant un dispositif de rayonnement final 1 18 comprenant une source lumineuse à rayonnement infrarouge, distincte et séparée du premier dispositif à rayonnement 1 17 et du dispositif à rayonnement supplémentaire 127.
La durée d’ exposition du premier monobrin pré-polymérisé E4 à la source lumineuse finale IR est comprise entre 2.6s et 23s.
La puissance de la source lumineuse finale 1 18a est comprise entre 2.2kW et 98kW.
La source lumineuse finale 1 18a est identique à celle décrite en référence à la figure 2 et ne sera pas davantage décrite ici.
L’ installation et le procédé de fabrication selon l’invention peuvent s’ adapter tant à des installations existantes qu’ à de nouvelles installations.
L’installation et le procédé de fabrication selon l’invention permettent d’ obtenir des éléments composites ayant une section transversale de différentes tailles et cela à haute cadence de fabrication.
Par exemple, pour un composite CVR, on peut obtenir avec le procédé selon l’ invention, des sections ayant un diamètre compris entre 10mm et 30mm pour une cadence d’ environ 50m/min.
Par ailleurs, l’ installation et le procédé de fabrication selon l’ invention permettent de facilement ajouter des modules de préparation supplémentaires, et plus généralement des étages de fabrication d’un monobrin composite en vue d’ augmenter le diamètre du brin composite final. Une telle installation permet également de remplacer et/ou d’ ajouter des dispositifs de polymérisation afin d’ augmenter la vitesse de production. Par ailleurs, une telle installation permet de laisser l’ accès aux buses de calibrage et aux dispositifs de polymérisation, qui ne sont pas entourées de fibres imprégnées contrairement à l’ art antérieur connu, ce qui facilite leur remplacement ou maintenance en cas de besoin.

Claims

REVENDICATIONS
1. Installation (100, 101) de fabrication en continu d’un élément composite longiligne (EF) comportant un faisceau de fibres multifilamentaires imprégné d’une composition à base d’une matière polymérisable, l’installation (100, 101) comprenant N étages (ETAGE 1, ETAGE 2, ETAGE 3) de fabrication d’un élément composite, avec N supérieur ou égal à 2 et un dispositif (D) d’entrainement en translation configuré pour entrainer en translation le faisceau de fibres multifilamentaires pour réaliser successivement le passage dans les N étages, le premier étage (ETAGE 1) de fabrication d’un monobrin composite principal (E2) comprenant dans la direction d’avancement du faisceau de fibres multifilamentaires :
- un dispositif d’alimentation (111) configuré pour former un faisceau de fibres multifilamentaires (E0), une chambre à vide (113);
- une chambre d’imprégnation (114) en aval de chambre à vide (113) et remplie d’une composition d’imprégnation (115) à base d’une matière polymérisable ;
- une première filière de calibrage (116) en sortie de la chambre d’imprégnation (114) de manière à former un premier monobrin (El) imprégné de matière polymérisable ; et
- un premier dispositif de rayonnement (117) configuré pour polymériser partiellement ou complètement le premier monobrin (El) imprégné de matière polymérisable et pour former un monobrin composite principal (E2), caractérisé en ce que le deuxième étage (ETAGE2) de fabrication du monobrin composite (E4, EF) comprend, dans la direction d’avancement du faisceau de fibres multifilamentaires : au moins un module (120, 130) de préparation de fibres multifilamentaires imprégnées supplémentaires (ESI, ES2) comprenant un dispositif d’alimentation (121, 131) pour former un faisceau de fibres multifilamentaires, une chambre à vide (123, 133) et une chambre d’imprégnation (124, 134) en aval de chambre à vide (123, 133) et remplie d’une composition d’ imprégnation ( 125 , 135) à base d’une matière polymérisable ;
- une deuxième filière de calibrage ( 126) configurée pour recevoir les de fibres multifilamentaires supplémentaires (ES I , ES2) provenant du module ( 120, 130) de préparation des fibres multifilamentaires imprégnées supplémentaires et le monobrin composite principal (E2) de manière à former un premier monobrin intermédiaire (E3) ; et
- au moins un dispositif de rayonnement supplémentaire ( 127) situé en aval de la deuxième filière de calibrage ( 126), et à travers lequel circule le premier monobrin intermédiaire (E3) et configuré pour réaliser une polymérisation partielle dudit premier monobrin intermédiaire (E3) pour former un premier monobrin pré polymérisé (E4) .
2. Installation ( 100) selon la revendication 1 , dans lequel le deuxième étage (ETAGE2) comprend un dispositif de rayonnement final ( 1 18) situé en aval du dispositif de rayonnement supplémentaire ( 127) et configuré pour réaliser une polymérisation totale du premier monobrin pré polymérisé (E4) et former un monobrin composite final (EF) .
3. Installation ( 101 ) selon la revendication 1 , comprenant un troisième étage (ETAGE 3) de fabrication du monobrin composite final (EF)
4. comprenant, dans la direction d’ avancement du faisceau de fibres multifilamentaires : au moins un module ( 140, 150) de préparation de fibres multifilamentaires imprégnées supplémentaires (ES3, ES4),
- une troisième filière de calibrage ( 136) configurée pour recevoir les fibres multifilamentaires supplémentaires (ES3 , ES4) provenant du module ( 140, 150) de préparation des fibres multifilamentaires imprégnées supplémentaires et le premier monobrin pré polymérisé (E4) de manière à former un troisième monobrin intermédiaire (E5) ; et au moins
- un dispositif de rayonnement final ( 1 18) situé en aval de la troisième filière de calibrage ( 136), à travers lequel circule le troisième monobrin intermédiaire (E5) et configuré pour réaliser une polymérisation complète dudit monobrin (E5) et former un monobrin composite final (EF) .
5. Installation ( 101 ) selon la revendication 4, dans lequel le troisième étage (ETAGE 3) comprend, entre la troisième filière de calibrage ( 136) et le dispositif de rayonnement final ( 1 18), un deuxième dispositif de rayonnement supplémentaire ( 137) configuré pour réaliser une polymérisation partielle du troisième monobrin intermédiaire (E5) et pour former un monobrin pré-polymérisé (E6) .
6. Installation ( 100, 101 ) selon la revendication 1 ou 5, dans lequel le dispositif de rayonnement supplémentaire ( 127 , 137) comprend une source lumineuse supplémentaire ( 127a, 137a) à rayonnement ultraviolet.
7. Installation ( 100, 101 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le premier dispositif de rayonnement ( 1 17) comprend une première source lumineuse ( 1 17a) à rayonnement ultra-violet.
8. Installation ( 100, 101 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le dispositif de rayonnement final ( 1 18) comprend une source lumineuse finale ( 1 18a) configurée pour émettre au moins un rayonnement infrarouge.
9. Installation ( 100, 101 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle chaque étage (ETAGE 1 , ETAGE 2, ETAGE3) de fabrication du monobrin composite comprend un dispositif de chauffage ( 1 14b, 124b, 134b, 144b, 154b) associé à la chambre d’ imprégnation ( 1 14, 124, 134, 144, 154) correspondante et configuré pour chauffer la matière polymérisable présente dans ladite chambre d’ imprégnation ( 1 14, 124, 134, 144, 154) à une température comprise entre 50°C et 95 °C, de préférence entre 60°C et 80°C.
10. Procédé (200) de fabrication en continu d’un élément composite longiligne (EF) comportant un faisceau de fibres multifilamentaires imprégné d’une composition à base d’une matière polymérisable, comportant les étapes successives suivantes : - fabrication d’un monobrin principal (E2) dans un premier étage (ETAGE 1 ) de fabrication lors de laquelle un premier monobrin (E l ) imprégné est polymérisé dans un premier dispositif de rayonnement ( 1 17) pour former un monobrin (E2) composite principal ; et au moins
- fabrication d’un monobrin composite (E4, EF) dans un deuxième étage (ETAGE 2) de fabrication, chaque étage (ETAGE 1 , ETAGE2) de fabrication comprenant une étape de préparation de fibres multifilamentaires imprégnées comprenant les étapes successives suivantes :
- alimentation de filaments élémentaires pour former un faisceau de fibres multifilamentaires,
- dégazage, dans une chambre à vide ( 1 13, 123, 133, 143, 153), du faisceau de fibres multifilamentaires, imprégnation du faisceau de fibres multifilamentaires d’une composition à base d’une matière polymérisable contenue dans une chambre d’ imprégnation ( 1 14, 124, 134, 154) remplie avec ladite composition, et
- calibrage du faisceau de fibres multifilamentaires imprégné, via une filière de calibrage ( 1 16, 126, 136) de manière à former un monobrin imprégné de matière polymérisable, caractérisé en ce que lors de l’étape de fabrication du monobrin composite (E4, EF),
- le monobrin (E2) principal est associé à travers une deuxième filière de calibrage ( 126) à des fibres multifilamentaires supplémentaires (ES I , ES2) provenant d’ au moins un module ( 120, 130) de préparation de fibres multifilamentaires imprégnées supplémentaires comprenant un dispositif d’ alimentation ( 121 , 131 ) pour former un faisceau de fibres multifilamentaires, une chambre à vide ( 123, 133) et une chambre d’ imprégnation ( 124, 134) en aval de chambre à vide ( 123, 133) et remplie d’une composition d’ imprégnation ( 125 , 135) à base d’une matière polymérisable pour former un premier monobrin intermédiaire (E3) ; et
- ledit premier monobrin intermédiaire (E3) est polymérisé dans un dispositif de rayonnement supplémentaire ( 127) configuré pour réaliser une polymérisation partielle du premier monobrin intermédiaire (E3) et pour former un deuxième monobrin intermédiaire (E4) .
1 1. Procédé (200) selon la revendication 10, dans lequel le deuxième monobrin intermédiaire (E4) est polymérisé dans un dispositif de rayonnement final ( 1 18) situé en aval du dispositif de rayonnement supplémentaire ( 127) configuré pour réaliser une polymérisation complète dudit deuxième monobrin intermédiaire (E4) et former un monobrin composite final (EF).
12. Procédé (200) selon la revendication 10, dans lequel le deuxième monobrin intermédiaire (E4) est associé à travers une troisième filière de calibrage ( 136) à des fibres multifilamentaires supplémentaires (ES3, ES4) provenant d’ au moins un module ( 140, 150) de préparation de fibres multifilamentaires imprégnées supplémentaires comprenant un dispositif d’ alimentation ( 141 , 151 ) pour former un faisceau de fibres multifilamentaires, une chambre à vide ( 143, 153) et une chambre d’ imprégnation ( 144, 154) en aval de chambre à vide ( 143, 153) et remplie d’une composition d’ imprégnation ( 145, 155) à base d’une matière polymérisable pour former un troisième monobrin intermédiaire (E5) ; et
- ledit troisième monobrin intermédiaire (E5) est polymérisé dans un dispositif de rayonnement supplémentaire ( 137) configuré pour réaliser une polymérisation partielle du troisième monobrin intermédiaire (E5) et pour former un monobrin pré-polymérisé (E6) ; ledit monobrin pré-polymérisé (E6) étant polymérisé dans un dispositif de rayonnement final ( 1 18) situé en aval du dispositif de rayonnement supplémentaire ( 137) configuré pour réaliser une polymérisation complète dudit monobrin pré-polymérisé (E6) et former un monobrin composite final (EF) .
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