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SONOCO PRODUCTS COMPANY9 résidant à HARTSVILLE9 Caroline du Sud (E.U.A.) .
BOBINE TEXTILE ET PROCEDE POUR SA FABRICATION.
La présente invention se rapporte aux bobines textiles et plus spécialement à une structure de bobine perfectionnée offrant une résistance exceptionnelle et possédant d'autres propriétés physiques désirables, ainsi qu'au procédé de fabrication d'une telle bobine. On verra aussi, en lisant la description qui suit, que cette structure de bobine et son procédé de fa'=' brication peuvent être avantageusement utilisés pour la confection d'autres objets similaires.
La bobine de la présente invention convient particulièrement bien pour porter des fils synthétiques, de nylon ou de dacron par exemple, dont les propriétés élastiques soumettent les bobines sur lesquelles ils sont enroulés à des efforts de compression considérables. Les bobines de bois, par exemple, même renforcées, sont rapidement déformées de façon per- manente par ces forces de compression. On connait des bobines recouvertes de papier, renforcées de métal qui résistent de façon satisfaisante aux forces de compression, mais elles sont exagérément lourdes lorsqu'elles possèdent la résistance voulue. De plus, les couvertures en papier de ces bobines sont trop exposées à se couper et s'érailler.
D'autres tentatives de fabrication de bobines appropriées en matières plastiques pour ces fils n'ont pas abouti, parce que les matières plastiques n'ont pas une résistance suffisante pour résister aux forces de compression, et aussi parce que les bobines faites de ces matières sont trop fragiles pour les manipulations sans ménagements aux- quelles elles sont normalement soumises en cours d'emploie
L'invention procure une structure de bobine offrant un ensemble exceptionnel de propriétés physiques qui la désigne pour porter des fils = du -type indiqué ci-dessus - qui créent d'importantes forces de compression lorsqu'ils sont enroulés.
La caractéristique générale de la structure de bo- bine suivant la présente invention est,qu'elle comprend un corps tubulaire en matière en feuilles, fibreuse et stratifiée, du papier par exemple, impré-
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gnée d'une résine thermo-active comme une résine phénol-formaldébyde, et comprimée axialement en une masse dure, dense et unitaire.
La structure de bobine obtenue possède une résistance surprenan- te tout en étant relativement légère, et cette résistance n'est pas seulement surprenante à l'égard des forces de compression, mais aussi des chocs. Par exemple une bobine textile formée suivant l'invention satisfait facilement à l'épreuve pratique standard consistant à la laisser tomber sur une surface dure d'une hauteur de 90 cm, avec une charge de 3 livres de fil.
Les bobines formées suivant l'invention, de la façon indiquée plus haut offrent également une excellente surface de bobinage qui peut être rendue très lisse, rugueuse ou travaillée de la façon désirée.. 0 En outre, les irrégularités de la surface de bobinage qui peuvent se créer à l'emploi sont facilement éliminées par po- lissage ou au papier de sable, et la structure de la bobine a dans l'ensemble une très bonne résistance à l'eau ou 1' humidité
Ces caractéristiques et d'autres de la présente invention sont décrites plus en détail ci-dessous, avec référence au dessin annexé, dans le- quel:
Figo 1 est une vue en perspective d'un -type courant de bobine com- prenant l'invention.
Fig. 2 est une vue en élévation de coté, en partie en coupe, mon- trant un corps tubulaire stratifié, en papier, qui peut être utilisé suivant l'invention pour former la bobine représentée sur la fig. 1; et
Fig. 3 est une vue de détail partielle en coupe montrant l'opé- ration de formation de la bobine suivant l'invention
Un type courant de bobine, qu'on utilise généralement pour por- ter des fils synthétiques enroulés est représenté sur la fig. 1 du dessin, et indiqué dans son ensemble par le chiffre 10, afin d'illustrerune forme de la présente invention.
La bobine 10 de la fig. 1 comprend simplement un tube cylindrique qui peut avoir par exemple 10 cm de longueur, un diamètre extérieur de 10,6 cm et une épaisseur de paroi de 6 mmo
La fig. 2 montre un corps tubulaire stratifié 12 pouvant être utilisé comme ébauche pour former la bobine 10 de la fig. 1. De préférence, le corps tubulaire ou ébauche 12 comprend une structure stratifiée obtenue par enroulement en hélice, chaque couche ayant un angle d'enroulement tel que les bords adjacents ne se recouvrent pas et soient même légèrement écar- tés dans le bobinage, comme on peut le voir en 14 et 16 sur la fig. 2.
Une construction en hélice de ce genre facilite l'imprégnation ultérieure par la résine et semble permettre également un glissement latéral avantageux des différentes couches lors de la compression axiale de l'ébauche 12, autre opération de formation de la bobine 10 qui sera décrite ci-dessous.
En outre, un corps tubulaire obtenu par enroulement en hélice don- ne à l'ébauche 12 une structure plus équilibrée qu'un enroulement par convo- lution, vu les joints de début et de fin nécessairement présents dans un tu- be enroulé par convolution. Cependant, mis à part ces facteurs, une structure tubulaire à enroulement par convolution peut être utilisée pour l'ébauche 12, dans certaines conditions particulières.
Quant aux matières, l'ébauche tubulaire 12 est avantageusement formée de feuilles de papier d'un type désiré quelconque.
On préfère utiliser une ébauche 12, obtenue par enroulement en hélice, dans laquelle les couches de la surface extérieure sont formées de papier préparé à partir d'environ 40 % de boîtes et de découpures de carton ondulé propre, et d'environ 60 % de papier journal propre, tandis que les couches intérieures sont formées d'emballages en carton ondulé, vieux ou de récupération. Les proportions indiquées pour les couches extérieures consti- tuent un exemple, et peuvent varier suivant les cas, l'important étant d'a- voir une masse relativement tendre pour les couches extérieures, se prêtant
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à l'imprégnation par la résine et ne se plissant pas indésirablement pendant la compression axiale de l'ébauche 12.
L'emploi de couches extérieures de ce genre masque les propriétés indésirables,à ces points de vue, des couches intérieures relativement plus dures formées de vieux emballages en carton ondulé, cependant que la présence de ces courbes intérieures augmente la ré- sistance de l'ébauche 12 et de la bobine finie 10.
D'autres matières fibreuses en feuilles, comme des tissus tissés ou non tissés peuvent être utilisées pour les couches de l'ébauche 12, sélec- tivement intercalées entre les couches de papier ou les remplaçant entièrement.
En particulier, une matière en feuilles formée de fibres de verre peut être utilisée avantageusement de cette manière.
L'ébauche 12, le choix fait de matières appropriées pour les cou- ches, peut être enroulée en tube de la façon habituelle un adhésif étant ap- pliqué pour lier les couches à mesure de leur enroulement afin d'obtenir un corps tubulaire stratifié tel que 12.L'adhésif pour lier les couches doit être compatible avec le traitement d'imprégnation subséquent par la résine, et on utilise de préférence la même résine pour l'enroulement de l'ébauche 12 et pour l'imprégnation. Il sera généralement avantageux de former les ébauches tubulaires 12, par enroulement en hélice ou en convolution, en assez grandes longueurs dont on pourra découper des ébauches individuelles 12, comme celle représentée sur la fige 2.
Le traitement d'imprégnation par la résine est utilement appli- qué aux ébauches 12 après leur mise à longueur, bien que l'imprégnation puis- se s'effectuer sur les couches de matière. en feuilles avant leur enroulement pour former les ébauches 12, ou sur le tronçon de corps tubulaire obtenu, avant le découpage des ébauches 12. On utilise pour l'imprégnation une résine thermoactive, de préférence une résine thermodurcissable, par exemple une ré- sine plastifiée phénol-formaldéhyde soluble dans l'alcoolo
Pour imprégner les ébauches 12, on les plonge dans une solution de la résine choisie, et on a obtenu de bons résultats en employant une cham- bre de traitement fermée, et en soumettant l'ébauche immergée 12 d'abord à un vide de 500 mm de mercure pendant 30 minutes, puis à une pression de 0,
2 kg/cm2 pendant une heure.Ce traitement est appliqué à des ébauches 12 for- mées de papier de la composition indiquée plus haut, et les temps et pres- sions indiqués peuvent évidemment varier suivant les types de matières for- mant l'ébauche, et de résines d'imprégnation.
Les ébauches imprégnées 12, à la suite de ce traitement, sont séchées lentement jusqu'à une teneur en humidité de 5 % environ, à une tem- pérature de 70 C environ pour éviter d'activer ou de durcir la résine utili- sée pour l'imprégnationo Immédiatement avant l'opération de compression axia- le, les ébauches 12 sont séchées à 90 - 95 C environ jusqu'à une teneur ap- proximative en humidité de 2 %.
La compression axiale s'effectue comme le montre la fig. 3 des dessins, en plaçant l'ébauche 12 (dont la longueur initiale est représentée en trait pointillé en 12' sur la fig. 3) sur un mandrin 18 coulissant ou pou- vant entrer et sortir dans un moule ou une matrice 20. Le mandrin 18 compor- te un épaulement annulaire 22 au-delà duquel son diamètre est réduit comme en 24 de façon à correspondre au diamètre intérieur de l'ébauche 12, le dia- mètre du reste du mandrin 18 correspondant au diamètre extérieur de l'ébau- che 12.La matrice 20, de son coté comprend une cavité recevant le mandrin 18, cavité correspondant essentiellement au diamètre extérieur de l'ébauche 12, mais comportant également un épaulement 26 réduisant son diamètre pour l'adapter à la partie réduite 24 du mandrin 18.
En conséquence, une ébauche 12 placée sur le mandrin 18 (comme indiqué en 12' sur la fig. 3) est maintenue contre tout changement de diamè- tre à mesure que le mandrin 18 avance dans la matrice 12, mais est comprimée axialement entre 1' épaulement 22 du mandrin et l'épaulement 24 de la matrice, suivant la profondeur de pénétration du mandrin 18 (indiquée en 10' sur la fig. 3). Un moyen de chauffage est prévu pour la matrice 20, par exemple la
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chemise à circulation de vapeur désignée par 28, ou des éléments électri- ques de chauffage (non représentés) logés dans l'espace 28, afin de détermi- ner l'écoulement et la polymérisation de la résine d'imprégnation pendant la compression axiale.
Le mandrin 18 peut être également chauffé dans le mê- me but, si on le désireo
A titre d'exemple, on forme des ébauches 12 d'une longueur de 165 mm avec un diamètre extérieur de 106 mm et un diamètre intérieur de 93 mmo Ces ébauches 12, après imprégnation par la résine sont comprimées axia- lement pour réduire leur longueur à 101 mm de la façon indiquée ci=dessus, sans changer leur diamètre.La pression utilisée pour cette compression axia- le est 210 kg/cm2, la matrice 20 est maintenue à une température de l60 C pendant la compression et l'ébauche comprimée indiquée en 10' sur la fig.
3 reste dans la matrice chauffée 20 pendant 7 1/2 minutes avant de retirer le mandrin 18 et d'en détacher l'ébauche comprimée 10'o 11 suffit alors pour former la bobine 10 à partir de l'ébauche comprimée 10'. de donner à sa sur- face extérieure le poli désiré et éventuellement d'arrondir une face termi- nale oules deux suivant l'emploi auquel on destine la bobine 10.
A titre d'indication de la résistance obtenable dans une struc- ture de bobine formée suivant la présente invention comme décrit ci-dessus, on trouvera ci-dessous les résultats d'essais de rupture effectués à diffé- rents stades de préparation des bobines 10, de la façon indiquée plus haute Les essais de rupture consistent à appliquer une pression perpendiculaire à l'axe longitudinal de la pièce jusqu'à rupture ou écrasement. Les résultats sont les suivants:
1. Une ébauche 12 formée par enroulement en hélice de feuilles de papier, et dont les dimensions correspondent aux dimensions indiquées plus haut, mais avant l'imprégnation par la résine, se brise sous une charge de 90 kg lorsqu'elle est comprimée diamétralement entre deux plateaux parallè- les
2.
Après le traitement par la résine de l'ébauche 12 ci-dessus suivant la description qui précède, la rupture se produit sous une charge de 250 kg appliquée comme ci-dessus.
3. Lorsqu'on comprime axialement l'ébauche 12 ci=dessus sans traitement par la résine avec chauffage comme décrit ci-dessus pour obtenir les dimensions définitives désirées pour la bobine 10, la rupture se pro- duit sous une charge de 200 kg appliquée comme ci-dessus
4. Les bobines 10 complètement traitées et axialement comprimées résistent à la rupture sous des charges comprises dans la gamme de 500 à 590 kg appliquées comme ci-dessus.
La résistance de la structure de bobine préparée suivant la présente invention est donc réellement surprenante et offre une solution exceptionnellement avantageuse au problème que posent les forces de compres- sion dues aux fils synthétiques, comme indiqué plus haut.
En outre, la structure axialement comprimée, incorporée dans la bobine 10 décrite ci-dessus, peut être également utilisée avec avantage pour former d'autres types de bobines ou d'éléments porteurs devant avoir une bon- ne résistance, même lorsque la question des forces de compression ne se pose paso Par exemple, les grands tubes d'encollage utilisés pour le traitement de fils synthétiques par voie humide, ou les bobines de filature ou les rou- leaux de carde, peuvent avantageusement être formés d'un corps axialement comprimé suivant la présente invention.
Sous ce rapport, on remarquera égale- ment que lorsque des garnitures sont nécessaires, comme dans une bobine de filature par exemple, our lorsqu'on désire placer des chapeaux métalliques contre l'usure, comme aux extrémités d'un rouleau de carde par exemple, ces éléments auxiliaires peuvent être incorporés à la structure axialement com- primée au moment de sa formation en agençant simplement la matrice de com- pression de façon qu'elle reçoive les garnitures ou les chapeaux d'usure en même temps que l'ébauche de matière en feuille à comprimer.
Le même genre de procédé permettrait de souder un corps axialement comprimé à une bride amin-
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cie au cours de la préparation d'une bobine bouteille ou analogue, en assu- rant un joint exceptionnellement solide entre le corps comprimé et la bride amincie. D'autres exemples d'éléments porteurs textiles qu'on pourrait avan- tageusement former suivant la présente invention sont les bobines pour mè- ches, les canettes, les bobines de retordage, les manchons de bobinage, les tubes d'envidage, les tubes T, les tubes envideurs pour banc d'étirage, les tubes pour gâteaux, etc.
La présente invention a été décrite ci-dessus en détail mais uni- quement à titre d'illustration et n'est pas limitée à cette description, si- non dans la mesure des revendications ci-après.
REVENDICATIONS . lo Bobine textile caractérisée en ce qu'elle comprend un corps tubulaire en matière en feuille fibreuse et stratifiée, imprégné d'une ré- sine thermoactive et comprimé axialement pour former une masse dure, dense et unitaireo
2. Bobine textile caractérisée en ce qu'elle comprend un corps stratifié tubulaire, en papier, imprégné d'une résine thermoactive et com- primé axialement en une masse dure, dense et unitaire.,
3. Bobine textile caractérisée en ce qu'elle comprend un corps stratifié tubulaire9en papier, imprégné d'une résine thermodurcissable, une résine phénol-formaldéhyde par exemple, et comprimé axialement, suivant l'axe longitudinal du corps tubulaire en papieren une masse dure, dense et unitaire, la résine étant durcie in situ.
4. A titre de produit industriel nouveau, un corps tubulaire en matière en feuille fibreuse et stratifiée, imprégné d'une résine thermoacti- ve et comprimé axialement, suivant l'axe longitudinal du corps tubulaire, en une masse dure, dense et unitaire.
5o Procédé de formation de bobines textiles et analogues, ca- ractérisé en ce qu'on forme un corps tubulaire stratifié en matière fibreuse en feuille , on imprègne cette matière en feuille d'une résine thermoactive et on comprime le corps tubulaire imprégné dans une mesure appréciable et dans le sens axial, suivant son axe longitudinal, tandis qu'on applique de la chaleur pour activer la résine.
6. A titre de produit industriel nouveau, les bobines textiles et analogues, obtenues suivant le procédé de la revendication 5.