LLe partenariate partenariat DDAUM / LCSMAUM / LCSM · puis suite du procédé classique...
Transcript of LLe partenariate partenariat DDAUM / LCSMAUM / LCSM · puis suite du procédé classique...
conception/réalisation ADUAN2006 - Estelle PATOUT
Le partenariatLe partenariat DAUM / LCSMDAUM / LCSM
Collaboration étroite entre la société DAUM et le Laboratoire de Chimie du Solide Minéral (LCSM, UMR 7555) de l‘Université Hen-ri Poincaré de Nancy depuis avril 2005 (Stage T. Florentin et travaux F. Moitrier débutés en Décembre 2005 qui s’inscrivent sur un pro-jet de 3 ans), ce travail a pour but d’identifi er les causes et les origi-nes des défauts rencontrés lors de l’élaboration de la pâte de verre par la société DAUM afi n de :
Diminuer les rebuts de productionMettre en place des actions correctives bien ciblées et effi cacesGagner de façon importante en qualité, coûts et délais de fabrica-tion des pièces en pâte de cristalOuvrir le champ des possibilités pour la création d’objets toujours plus novateurs tant en formes qu’en couleurs pour que DAUM reste une marque fi dèle à ses racines lorraines de l’Art Nouveau
PRÉSENTATION DES PRINCIPAUX DÉFAUTS PRÉSENTS DANS LA PÂTE DE VERRE
Démarche
1/Identifi cation et analyse du défaut par les méthodes decaractérisation disponibles auLCSM : microscope optique et électronique, diffraction des rayons X, analyses thermiques,fl uorescence X, spectroscopie UV vis et IR…
2/Compréhension du phénomène qui a engendré le défaut et reproduction du défaut en labo-ratoire
3/Mise en place de propositions d’actions correctives
Principaux défauts rencontrés
But et objectifs du partenariat
Défauts Causes identifi ées Solution LCSM/Remède
1
2
3
4a
4b
4c
Défauts augmentant le temps d’usinage1. Interface cire/plâtre :
les grattons «Pustules de pâte de verre»
2. Interface plâtre/groisil : «la peau de
crapaud»
Défaut augmentant le taux de rebut 3. Casse des pièces : impossible à déceler
avant l’étape de déplâtrage
4a. Corps étrangers inertes : bois, inox, papiers...
4b. Corps étrangers inertes : céramique, fi bres réfrac-taires, plâtre...
4c. Corps étrangers réducteurs qui condui-sent aux «points noirs»
Mauvaise mouillabilité de la cire par le plâtre Bulles d’air à l’interface cire/plâtre Grattons : empreintes des bulles
craquelure
Grain de silice
Détermination de la gamme critique de température : essais LCSM en cours
Contraintes thermiquesDifférence de dilatation entre : - les cristals et le moule plâtre- les différents types de verre
Défaut traité au cas par casExemple : cas des points noirs
Mesure de dilatation des différents types de verre et de plâtreRéalisation d’un dilatomètre adapté à la mesure du verre à l’état pâteuxRéalisation d’une base de données sur différents verres
Éviter toute pollution : couverture des moules...
Ajout d’un tensioactif sur les pièces en cire
Transfert sur site de production en cours
Origine thermique : cristallisation du cristal initiée par les charges du plâtre
potentiel Redox établie dans les verres fondus
O2 O2- +0,2 V
SiO2 Si° -1,2 V
Zn -0,7 VZn2+
Pb2+ Pb -0,5 V
Fe2+ Fe -1,2 V
Présence d‛un réducteur :Acier, aluminium, carbone,Cire…
potentiel Redox établie dans les verres fondus
O2 O2- +0,2 V
SiO2 Si° -1,2 V
Zn -0,7 VZn2+
Pb2+ Pb -0,5 V
Fe2+ Fe -1,2 V
Présence d‛un réducteur :Acier, aluminium, carbone,Cire…
Optimisation du procédé de fabrica-tion des pièces pâte de verre DAUM
LABORATOIRE DE CHIMIE DU SOLIDE MINÉRAL
Verre et innovationVerre et innovation
conception/réalisation ADUAN2006 - Estelle PATOUT
ÉTUDE DE L’INTERFACE CIRE/PLÂTRE : LES GRATTONS
Les “grattons”, qui se présentent sous forme de pustules de pâte de verre, ont pour origine la formation de bulles d’air à l’interface cire /plâtre.
L’empreinte de ces pustules se for-me en effet lors de la coulée du plâtre en raison de la mauvaise mouillabilité de la cire (matériau organique, hautement hydropho-
be) par le plâtre (matériau à liant hydrophile). Ce type de défaut occasionne des temps d’usinage très longs pour la manufacture DAUM.
Présentation du défaut et de ses origines
La coulée du plâ-tre est l’étape du procédé de fabrication au cours de laquelle se forment les grattons
Bonne mouilla-bilité de la cire par le mélange eau/plâtre
Le défaut type grattons : mau-vaise mouilla-bilité de la cire par le mélange eau/plâtre
Immersion des pièces en cire dans une solution de tensioactifs avant de couler le plâtre. Ajout de tensioactifs : diminution de la tension superfi cielle entre 2 corps : amélioration mouillabilité de l’un par rapport à l’autre. Principales applications : savons et autres détergents.
Comment se présente un tensioactif ? (Illustration 1)Un tensioactif est une molécule bipolaire const ituée d’une extrémité hydrophile (qui aime l’eau) et d’une extrémité lipophile (qui n’a pas d’affi nité pour l’eau mais pour les corps gras).
Comment va agir le tensioactif ?(Illustration 2)En raison de sa bipolarité, modifi cation du caractère mouillant d’une surface. Dans le cas de l’interface cire/eau, la chaîne lipophile du tensioactif va présenter une grande affinité pour la cire (matériau organique “gras”).
Cette orientation particulière de la molécule va donc laisser sa partie hydrophile au contact de l’eau et ainsi faciliter le mouillage.
Paramètres optimisés :- La nature de la molécule - La concentration - Le mode d’application sur les pièces en cire : immersion
Essais laboratoire dans l’eau (simulant du mélange eau/plâtre) (illustration 3)
Essais laboratoire avec le mélange eau / plâtre (illustration 4)Technique “tensioactif” utilisée dans le cycle de fabrication
Pièces en cire immergées dans la solution de tensioactifs, coulée du plâtre
1/ Proposition du LCSM pour améliorer la mouillabilité des cires : les tensioactifs
2/ Optimisation des paramètres de travail au LCSM pour une effi cacité optimale de la molécule
Avec tensioactifs
Sans tensioactifsIllustration 4«Porte-encens
gingko» à gauche sans tensioactif,
a droite avec tensioactif
Illustration 3
Étape laboratoire validée !
Illustration 1 : représentation conventionnelle d’un tensioactif
Illustration 2 : mode de fonctionnement d’un tensioactif
Tête hydrophile(polaire)
Queue lipophile(chaîne grasse)
Milieu aqueux
Milieu organique
Interface milieu aqueux/milieu
organique
LABORATOIRE DE CHIMIE DU SOLIDE MINÉRAL
Verre et innovationVerre et innovation
conception/réalisation ADUAN2006 - Estelle PATOUT
LABORATOIRE DE CHIMIE DU SOLIDE MINÉRAL
Une fois l’étape laboratoire validée, premiers essais réalisés sur le site de la cristallerie de Nancy.
Essais sur des pièces de tailles importantes et sujettes au défaut type “grattons”. Immersion des pièces en cire dans une cuve de 200 litres de solution tensioactive, puis suite du procédé classique d’élaboration de la pièce en pâte de verre.
Résultats très encourageants :
Pièces traitées quasi exemptes de
grattons!
Les essais laboratoire ont permis de :
choisir un tensioactif adapté à notre application
déterminer les conditions dans lesquelles cette molécule doit être utilisée. (Travail possible grâce à une collaboration étroite avec Mme M-J STEBE, Directeur de Recher-che CNRS (LESOC, Equipe physico-chimie des colloïdes, UMR 7565)).
Transfert de la technique de traitement sur site réalisé avec succès, avec implication des opéra-teurs DAUM :
Qualité des pièces pâte de verre largement améliorée : les
grattons ont quasiment disparu et l’état de surface est lissé par rapport aux pièces obtenueshabituellement en production.
Essais sur site poursuivis afi n de confi rmer les résultats obtenus.
Suggestion d’amélioration du pro-cess : 1. coupler l’utilisation des ten-sioactifs avec des vibrations lors de la coulée du plâtre,2. gâcher et couler le plâtre sous vide (ces essais sont en cours à la cristallerie de Nancy)
Les vibrations empêcheraient les bulles d’air résiduelles de venir se coller sur la cire.
Techniques de vibrations des matériaux à liant hydrauliques (ciment, béton…) très utilisées dans le domaine du BTP.
Essais réalisés très prochaine-ment en collaboration avec J-M MECHLING et C. DILIBERTO (IUT du Montet, département Génie Civil).
Techniques testées lors de ces essais avec le plâtre réfractaire utilisé chez DAUM : aiguilles vibrantes et table vibrante. La ou les technique(s) favorable(s) seront prochainement mises en pla-ce sur site afi n de les appliquer sur le long terme dans le process de fabrication de la pâte de verre.
ÉTUDE DE L’INTERFACE CIRE/PLÂTRE : LES GRATTONS
3/ Transfert de la technique sur site
Conclusion et perspectives
Sans tensioactifs Avec tensioactifs
Immersion des pièces en cire dans la solution de tensioactif
Mise en chape des pièces
Verre et innovationVerre et innovation