CHAPITRE 4.2 : CAMPAGNE D’ESSAIS N° 1
1. Production de non-tissés 3D VERTILAP ®
La réalisation de non-tissés 3D VERTILAP® à partir du prototype VERTILAP® 20cm / 6mm a été organisée en deux étapes principales. La première étape a consisté à préparer la matière d’alimentation et la seconde à effectuer la transformation de cette matière au travers du prototype expérimental.
1.1. Préparation de la matière d’alimentation
La matière d’alimentation utilisée est un câble qui se présente sous la forme d’un toron de filaments accolés les uns aux autres. Le prototype est limité en terme de titre entrant. Le câble initial, d’une masse linéique de 90 ktex, a donc du être divisé manuellement de façon à obtenir 4 câbles présentant un titre moyen d’environ 23 ktex. Le déroulement de cette opération manuelle a été le suivant :
- Etendre une longueur de câble d’environ 100m. - Subdiviser la largeur du câble en 4 portions égales.
- Séparer les différentes portions le long de la nappe à l’aide de ciseaux. Ces derniers sont utilisés pour défaire les enchevêtrements des filaments dans le câble.
Il est important de noter que cette technique manuelle ne permet pas une division à « droit filament » de la nappe. Ceci induit une variation de la laize du câble d’alimentation mais surtout de sa masse linéique. Il n’a donc pas été possible d’obtenir des câbles de largeurs reproductibles et présentant une homogénéité dans la répartition des filaments en laize. C’est la raison pour laquelle, le titre de la matière sera toujours considéré comme un paramètre variable de production. Ceci entraîne bien évidement une irrégularité en terme de répartition de la densité de matière dans la nappe. Des sections de forte densité et de faible densité peuvent être distinguées dans le câble comme le montre la Figure 31. Cette irrégularité s’explique par la formation du câble en paquets de filaments accolés les uns aux autres et par la méthode actuelle de séparation et d’ouverture du câble initial.
Figure 31. Irrégularité d’aspect dans le câble d’alimentation
1.2. Paramètres de production
Les paramètres de production correspondent aux paramètres de contrôle du procédé présentés au paragraphe 1.3 du chapitre 3 de ce présent travail. Il s’agit du titre du câble, des indicateurs des étirages d’alimentation Isa et d’extraction IEex, des paramètres de température et de vitesses de plissage.
Lors de cette première campagne d’essais, nous avons réalisés, à partir du protocole de préparation de la matière précédemment décrit, des câbles de titre compris entre 10 ktex et 26 ktex. La maîtrise du procédé de fabrication n’était pas parfaite et ne nous a pas permis de faire varier les paramètres de réglages les uns après les autres. Nous avons donc fait varier le moins de paramètres de réglages possibles. Un grand nombre d’essais a donc été nécessaire afin de pouvoir obtenir des produits en adéquation avec nos attentes. L’ensemble de ces réglages est présenté en annexe IV.1.
Dans cette étude, nous présenterons six câbles de titres compris entre 15 ktex et 24 ktex. Les essais de production ont été menés en maintenant constants les étirages d’alimentation Ea et de défibrage Edef. Les étirages Ea et Edef ont été fixés respectivement à 1,06 et 1,35. Lors d’un essai de production, on fixe la température de consigne dans la zone de plissage ainsi que celle du générateur de chaleur dans la zone de condensation. On fixe la vitesse des tambours de plissage à une valeur donnée pour laquelle on fait varier les indicateurs des étirages d’alimentation Isa et d’extraction IEex, et le rapport de condensation C. Le générateur de chaleur n’était pas en service (position P0), ce qui correspond à une température ambiante TF de 19°C ± 1°C. Les paramètres réglables Isa, IEex et C ont variés respectivement dans les intervalles [-10% ; 17%], [13% ; 15%] et [2,4 ; 2,7]. Les différents réglages de production sont présentés dans le Tableau 5
Chapitre 4.2 : Campagne d’essais N° 1
Tableau 5. Paramètres de production lors de la première campagne d’essais
Températures (°C) Réglages machine Vitesses de production (m/min) Câbles Titre
(ktex) Tconsigne Tsonde Ttambours TF C Isa (%) VT IEex (%) V2 V3 Vev Vp Vex Vc 1 15 40 45 80 19 2,4 10 13 45 1,61 2,17 2,30 1,03 1,85 0,77 2 17 40 45 72 19 2,4 17 13 45 1,71 2,31 2,45 1,03 1,85 0,77 3 15 45 50 77 19 2,6 0 13 50 1,46 1,97 2,09 1,03 1,92 0,74 4 24 45 73 80 19 2,6 -6 15 50 1,60 2,16 2,29 1,11 2,23 0,86 5 15 60 60 70 19 2,7 -10 15 50 1,53 2,07 2,19 1,11 2,23 0,83 6 24 65 65 90 19 2,7 -10 15 45 1,53 2,07 2,19 1,11 2,15 0,80 Moy 18 49 56 78 19 26 0 14 48 1,57 2,12 2,25 1,07 2,04 0,79 CV (%) 24 22 20 9 19 5 - 8 6 5 5 5 4 9 5 Min 15 40 45 70 19 2,4 -10 13 45 1,46 1,97 2,09 1,03 1,85 0,74 Max 24 65 73 90 19 2,7 17 15 50 1,71 2,31 2,45 1,11 2,23 0,86
1.2.1. Variation des vitesses de production
D’après le modèle cinétique de la machine, les vitesses d’entrée V2, de défibrage V3 et d’entrée de verticalisation Vev sont proportionnelles et varient donc de la même façon. Il en est de même pour les vitesses d’extraction Vex et de condensation Vc. L’irrégularité de la matière entrante (variation de laize et de masse linéique) contraint de faire varier simultanément les vitesses Vev et Vex afin d’obtenir un étirage permettant le plissage de la matière. Les vitesses Vev et Vex ont variés respectivement entre les intervalles [2,09m/min ; 2,45m/min], et [1,85m/min ; 2,23m/min]. La vitesse de plissage Vp a varié entre [1,03m/min ; 1,11m/min].
Dans le cas des câbles {1, 2, 3} de titre environ 15 ktex et les câbles 4 et 6 de titre 24 ktex, on observe une variation des vitesses Vev et Vex, seule la vitesse de plissage reste constante. Le tracé de ces trois vitesses est présenté à la Figure 32. Cette variation a été nécessaire afin de compenser la variation induite dans la laize du câble d’alimentation au moment de sa préparation. Ce défaut du câble d’alimentation se traduit par une fluctuation du débit d’alimentation des tambours de plissage. Pour un câble d’alimentation donné, on observe des zones de grande laize et des zones de faible laize dans la nappe. Au moment du plissage, lorsqu’on se trouve dans une zone de grande laize, on observe une suralimentation des tambours de plissage. La matière est alors entraînée hors de sa trajectoire et peut même aller jusqu’à s’enrouler sur les tambours. Pour remédier à ce problème, il va falloir freiner la matière en entrée de verticalisation et donc réduire l’alimentation des tambours de plissage. Pour cela, il faudra augmenter l’étirage en entrée de verticalisation et éventuellement augmenter simultanément l’étirage dans la zone d’extraction afin d’accélérer l’évacuation de
la matière de la zone de plissage. A l’inverse, lorsqu’on se trouve dans une zone de faible laize, on observe une sous-alimentation des tambours de plissage. Pour y remédier, il va falloir réduire l’étirage en entrée de verticalisation afin d’alimenter les tambours de plissage en quantité suffisante. Il faut trouver un étirage minimum, pour éviter l’enroulement de la matière sur les tambours de plissage, et un étirage maximum pour ne pas avoir un produit plat. Ceci revient donc à trouver le réglage optimum de l’étirage d’extraction.
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 0 1 2 3 4 5 6 7 Câbles d'alimentation V it es se s d e p ro d u ct io n ( m /m in ) Vev Vp Vex
Figure 32. Variation des vitesses de production lors de la campagne d’essais N° 1
1.2.2. Paramètres de température 1.2.2.1. La zone de plissage
La zone de plissage est équipée d’un radiateur infra rouge qui permet de chauffer les lames des tambours de plissage. Une sonde de température est positionnée sur le côté des tambours. Une température de consigne est fixée au niveau du système de commande de la machine qui pilote le radiateur. Nous avons relevé les trois paramètres de température Tconsigne, Ttambours et
Tsonde. La Figure 33 illustre les points où ont été effectuées les mesures de température de la
sonde et des tambours de plissage ainsi que la position de la sonde de température. Cette dernière était initialement située à une distance d des tambours d’environ 30mm. La température de consigne a varié de 40°C à 65°C. La température de la sonde a varié de 45°C à 73°C. La température des tambours a varié de 70°C à 90°C.
Chapitre 4.2 : Campagne d’essais N° 1 Mesure de température de la sonde Tambour de plissage Mesure de température des tambours Radiateur infra rouge
d Lame du tambour Mesure de température de la sonde Tambour de plissage Mesure de température des tambours Radiateur infra rouge
Radiateur infra rouge
d Lame du tambour
Figure 33. Mesures des températures dans la zone de plissage
Les premiers essais de plissage (câbles 1 à 4) ont mis en évidence des écarts importants entre les paramètres de températures Tconsigne, Ttambours et Tsonde. Suite à ce constat, la sonde de température a été positionnée au plus près des tambours de plissage comme le montre la Figure 34. Nous avons alors obtenu, lors du plissage des câbles 5 et 6, des valeurs de température identiques entre la consigne et la sonde.
Mesure de température de la sonde Mesure de température des tambours Tambour de plissage Radiateur infra rouge
Lame du tambour Mesure de température de la sonde Mesure de température des tambours Tambour de plissage Radiateur infra rouge
Lame du tambour Mesure de température des tambours Tambour de plissage Radiateur infra rouge
Mesure de température des tambours Tambour de plissage Radiateur infra rouge
Radiateur infra rouge Lame du
tambour
Figure 34. Positionnement de la sonde de température dans la zone de plissage
Sur l’ensemble des essais menés, nous avons observé un écart moyen de 10°C à 20°C entre la température de la sonde et la température des tambours de plissage. Ceci nous a conduits à poser l’approximation suivante :
C T
Ttambours = consigne +10° Equation (16)
1.2.2.2. La zone de condensation
La zone de condensation est chauffée sur une faible surface à l’aide d’un générateur de chaleur. Ce dernier était initialement situé entre les deux parties de la zone de condensation.
La mesure de sa température TF a été prise dans l’axe de sortie du flux d’air. Afin de faire varier le moins de réglages possibles, le générateur de chaleur n’a pas été utilisé lors de cette première campagne d’essais.
Mesure de température du décapeur thermique Extraction Condensation Sens matière Partie 1 Partie 2 Mesure de température du décapeur thermique Extraction Condensation Sens matière Partie 1 Partie 2
Figure 35. Position du décapeur thermique dans la zone de condensation
1.3. Conclusion
Au cours de cette première campagne de production, nous avons développé une technique de préparation du câble d’alimentation. Nous avons, au travers de la prise en main du prototype expérimental VERTILAP® 20cm/6mm, montré l’impact de variation de la laize de la matière d’alimentation sur le réglage des paramètres de vitesses en entrée et en sortie de la zone de plissage. A partir des améliorations apportées pendant la campagne d’essais, nous avons pu corriger le positionnement de la sonde de température dans la zone de plissage.
Les six nappes plissées à partir des six câbles présentés précédemment vont être utilisées pour l’élaboration des méthodes de caractérisation des non-tissés 3D produits.