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GLACES ET VERRES N° 83 — Avril 1946
Extrait
Premières pages de l'ouvrage, en accès libre.
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Le four et ses ouvreaux. Les verres durs du type “Pyrex” DEPUIS le lointain ancêtre qui le premier fondit ensemble du sable, de la chaux et de la potasse, les générations successives ont apporté leur contribution à l’élaboration et au façonnage du verre qui, pourtant, jusqu’au début de ce siècle, restait une matière fragile, cassante. Aujourd’hui on peut dire que, si les savants en sont encore à rechercher la structure interne de l’état vitreux, les techniciens du verre en ont amélioré les propriétés. A côté des éléments de base, silice, soude, chaux, plomb, quantité d’éléments nouveaux ont été incorporés dans la fonte du verre. La technique de la recuisson est maintenant connue de tous et s’efface dans bien des cas devant celle de la trempe où le verrier confère sciemment au verre des tensions connues qui améliorent considérablement ses caractéristiques physiques : résistance au choc et à la traction. L’emploi de doses importantes d’acide borique a donné un groupe nouveau de verres. Le verrier les a appelés « verres durs », sans doute pour leur haute teneur en silice et parce que durs à fendre. Le chimiste a été séduit par leur faible teneur en alcali, le physicien par leur faible coefficient de dilatation. Ainsi se développèrent très rapidement : aux Etats-Unis, le verre Pyrex ; en Angleterre, le Pyrex et le Phœnix ; en France, le Pyrex et le Sibor ; en Allemagne, le verre d’Iéna, le Duran et le Durax. Qu’est-ce que le Pyrex ? C’est un borosilicate de soude et d’alumine de composition centésimale : $\mathrm{SiO}^{2}: 80,5 \quad \mathrm{B}^{2}\mathrm{O}_{3}: 12,5 \quad \mathrm{Na}^{2}\mathrm{O}: 4,6 \quad \mathrm{Al}^{2}\mathrm{O}_{3}: 2$ et dont les caractéristiques physiques sont les suivantes : - Densité ………………………………………… 2,25 - Coefficient de dilatation …………………… $32 \times 10^{-7}$ - Chaleur spécifique ………………………… 0,20 unité C.G.S. - Conductibilité thermique ………………… 0,0027 cal. par cm²/cm par °C - Résistance à la traction …………………… 142 kg/cm² - Résistance à la compression …………… 3.620 kg/cm² - Point de ramollissement d’après Littleton. 820° - Point de transformation …………………… 560° GLACES et VERRES
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Ci-contre : Pièce en cours de soufflage. Ce qui caractérise le verre Pyrex, c'est : D'une part, son faible coefficient de dilatation (environ le tiers de celui d'un verre ordinaire), qui confère à ce verre une grande résistance aux variations brusques de température et permet de donner aux appareils en Pyrex une plus forte épaisseur (d'où une plus grande solidité et un plus long usage) ; D'autre part, une faible teneur en soude, qui rend le verre particulièrement résistant aux agents chimiques, notamment à l'eau et aux acides. Elaboration du verre Pyrex. Le Pyrex s'affine aux environs de 1550° et se travaille à 1430°. Le Pyrex s'élabore difficilement en pot. Malgré les progrès récents de la technique des réfractaires, on n'a pu jusqu'ici fabriquer des pots suffisamment résistants pour supporter la température d'affinage du Pyrex. La coulée de ce verre sur table en masse importante s'avère délicate et la glace en Pyrex n'a pu être diffusée à l'échelle des demandes de la clientèle. Le verre Pyrex est fondu en bassin qui ne diffère des autres bassins de verrerie que par un régime élevé de température (1550-1600°) et par la haute résistance pyrométrique des matériaux qui entrent dans sa construction. Un choix judicieux de ces produits, soit siliceux, soit alumineux, fait même que la durée des bassins Pyrex atteint celle des fours de bouteillerie ou de flaconnage. L'ouvrier verrier qui cueille le Pyrex au bout de sa canne ou de son ferret demande à être protégé contre la radiation d'une masse de verre à si haute température. Chaque ouvreau est masqué par un caisson d'eau de faible épaisseur et une buse d'air sous pression absorbe la radiation de l'ouverture du caisson par où le verrier effectue son cueillage. Durant le blocus, où le ravitaillement de notre pays en produits boraciques était rendu impossible, la fabrication du verre Pyrex fut gravement menacée. Dès 1941 on fut conduit à ramener sa teneur en anhydride borique de 12,5 % à 6,2 % et à introduire dans sa composition des produits tels que la magnésie et la baryte qui, si elles n'affectèrent pas trop son coefficient de dilatation, en augmentèrent considérablement ses températures d'affinage et de travail. Durant quatre années, les bassins Pyrex français supportèrent un régime de 1620° alors que le verre y était prélevé à 1490-1500°. C'est à notre connaissance une des composi- Ci-contre : Cueillage à la main. GLACES et VERRES
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Ci-contre : Pièces qui vont être portées à l'arche de recuisson. lui permet d'augmenter sa production et de réaliser des objets qui, par leurs dimensions ou la complexité de leur forme, s'avéraient impossibles à fabriquer en verre ordinaire. Par suite de son faible coefficient de dilatation, les tensions créées dans ce verre au cours de son travail sont très atténuées. Lorsque l'objet est simple, d'une épaisseur régulière, il peut se refroidir sans se casser. Le visiteur averti est surpris de constater avec quelle bonne volonté les objets en Pyrex attendent au sortir du moule; et c'est par groupe de dix, vingt, cinquante qu'ils pénètrent froids dans l'arche de recuisson où, en quelques minutes, ils sont portés au rouge et libérés de toute tension parasitaire. Le façonnage des objets bruts en Pyrex se fait suivant la même technique que pour le verre ordinaire. Disons cependant que le coupage à froid est plus délicat: pour couper un objet en verre ordinaire, généralement une pièce de révolution, il suffit de créer dans la zone de coupe, au voisinage d'un point faible matérialisé par un trait de diamant, des tensions dépassant le taux de résistance du verre; on y parvient habituellement en chauffant le verre par un chalumeau à gaz très fin; la pièce casse brusquement. Pour un verre dur, le chauffage seul sera insuffisant, mais on parviendra au même résultat en prolongeant le chauffage et en pratiquant un brusque refroidissement, par exemple par contact avec un corps humide. Le coupage à chaud, le rebrûlage du Pyrex nécessitent des brûleurs, ou des fours suivant le cas, fonctionnant à haute température. Le travail au chalumeau, par exemple, requiert un chalumeau oxydrique; mais les opérations de flettage, rodage, tailage, doucissage, polissage ressemblent étrangement à celles utilisées pour le verre ordinaire. Les applications du Pyrex. Le Pyrex s'est imposé immédiatement là où le verre ordinaire se montrait à l'usage fragile soit au choc, soit aux variations brusques de température, soit aux deux à la fois. Dans les laboratoires il a été adopté très rapidement par le chimiste à qui l'on a présenté des récipients épais, résistant aux chocs de toutes les manipulations, pouvant être chauffés brusquement, ne cassant pas sous l'effet d'une réaction exothermique trop violente, bref des récipients sur lesquels il peut compter pour contenir le produit final de toute une série d'opérations laborieuses. Le Pyrex a permis d'étendre vers les grandes capacités la gamme des récipients tels que ballons, flacons, cuves, etc. et de faire passer des méthodes GLACES et VERRES tions de verre les plus dures qui aient été traitées d'une façon industrielle. Modes de fabrication. Malgré tout, le Pyrex reste un verre ayant un palier de travail assez étendu pour que l'on puisse lui appliquer les méthodes de travail à la main et mécaniques: Soufflage en plein des flacons; Soufflage moulé-tourné des gobelets; Aspiré-soufflé; Etirage en tubes et barres à la main et à la machine; Pressage à la main et mécanique; Soufflage au chalumeau. Seuls les procédés de pressé-soufflé n'ont pu donner de résultats appréciables avec le Pyrex. On conçoit qu'avec un verre dur de ce type une paraison pressée n'a plus la viscosité requise pour être soufflée ensuite dans un moule finisseur. L'ouvrier verrier qui débute sur un bassin Pyrex est surpris par la rapidité avec laquelle il doit travailler son verre. Il arrive trop tard dans le moule pour souffler sa pièce. S'il est presseur, il ne parvient pas à remplir son moule. Il doit abandonner ses méthodes habituelles de travail, tout au moins les modifier et les adapter. Au bout d'un certain temps, il est maître de la pâte de verre et constate avec satisfaction qu'elle
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Ci-contre : Coupage de verres de lampes. de laboratoire au stade de fabrications semi-industrielles. On peut trouver ces récipients dans les capacités de 22, 50, 70, 100 litres. C'est dans ces récipients que s'élaborent les produits purs de laboratoire, que se fabriquent le fulminate de mercure, les acides concentrés et bien d'autres produits encore. La fabrication d'un objet en Pyrex s'impose chaque fois que son usage nécessite une stérilisation préalable. C'est le cas de tous les récipients utilisés pour la culture de microbes, la fabrication de sérum : boîtes de Roux, boîtes de Pétri, boîtes de Kolle, etc. Au stade ménager, c'est le biberon que toutes les mamans veulent en Pyrex, qui se stérilise à l'eau bouillante, se remplit de lait chaud et supporte impunément la douche d'un robinet d'eau froide; c'est le bocal à conserve Pyrex, qui est plongé dans l'eau bouillante, puis replongé dans l'eau froide pour donner par l'effet d'une ébullition sous vide, visible sous son enveloppe de verre, la preuve d'une parfaite conservation. Faut-il rappeler ici qu'il y a quelques années, l'on trouvait sur le marché cette verrerie culinaire Pyrex, variée dans ses formes, propre, agréable, que la maîtresse de maison appréciait à la fois pour cuire au four et servir sur la table ses plats de prédilection? L'ingénieur porte son attention vers le Pyrex qui se présente à lui sous forme de tubes, manchons, baguettes, disques, qu'il transforme en tubes de niveau d'eau, viseurs, regards, tuyauterie pour réfrigérants, condenseurs, etc. On emploie le Pyrex chaque fois que le verre doit être en contact avec une source de chaleur ou de lumière intense : verres de lampe pour incandescence, globes pour éclairage de forte intensité, tubes au néon, etc. L'électricien a remarqué les qualités exceptionnelles du Pyrex en tant qu'isolant et lui a réservé une place dans la gamme des isolateurs : isolateurs haute tension, isolateurs haute fréquence, ampoules pour redresseur de courant, etc. Autres verres durs. A l'étage inférieur, on trouve quelques borosilicates réalisés à plus faible échelle et qui ont été étudiés pour des applications bien déterminées. C'est l'ensemble des Ci-contre : Pose d'une anse sur une cafetière.
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Ci-contre : Façonnage à froid ; taillage d'une théière. américains ont tourné élégamment la difficulté des réfractaires. Le nouveau verre qu'ils offrent à leur clientèle, le Pyrex Vycor, est fondu et travaillé avec un excédent d'alcali qui facilite ces deux opérations. Les objets sont ensuite traités dans des bains acides pour en extraire l'excédent d'alcali. Il en résulte des pièces à structure poreuse qui, après un traitement thermique à haute température, reprennent l'état vitreux. Ainsi a pris naissance un verre qui se rapproche de la silice fondue et qui peut être impunément porté au rouge et plongé dans l'eau froide. Je rappelais au début de cette note que la trempe conférait au verre une résistance mécanique et thermique considérablement accrue. La trempe, appliquée à un verre dur déjà résistant par lui-même, pourra peut-être surprendre par ses résultats ceux qui se pencheront sur le problème. J. CARDOT, Ingénieur des Arts et Manufactures. Photographies Kollar, Papillon, Vandor, etc. verres entrant dans la fabrication des lampes à vide où la nature du verre est fixée par l'emploi du métal retenu pour la fabrication de ces lampes. C'est le verre B. 40 qui s'allie au tungstène, le verre 705 et le verre Moly qui s'allient au molybdène. L'étage supérieur entre le Pyrex et le verre de silice est à peine meublé. Il semble que ce soit la technique des réfractaires qui ait entravé l'apparition d'un verre intermédiaire fabriqué à l'échelle industrielle. Nous savons cependant que le disque pour télescope de l'observatoire du Mont-Wilson aux U.S.A. est un disque en verre dont le coefficient de dilatation est de $25 \times 10^{-7}$ , mais, pour ce disque de 5 mètres de diamètre, c'est dans le moule même que le verre a été fondu, affiné, braisé et recuit. D'après d'autres renseignements qui nous parviennent du même pays, il semble que les verriers Ci contre . Fabrication d'un tube à la main. GLACES et VERRES
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Vues sur l'industrie du verre aux États-Unis pendant la période juillet-septembre 1945 par Bernard Long, directeur général de l'Institut du Verre. Dans la première partie de son exposé, publiée dans le précédent numéro de cette revue, l'auteur, après avoir analysé le « climat » dans lequel il a dû évoluer au cours de son voyage, et brossé un tableau de l'activité verrière américaine pendant la guerre, définit les tendances actuelles de l'industrie de la verrerie aux États-Unis. Puis, quittant les considérations générales, il entreprend de rapporter ce qu'il a noté d'intéressant dans chacun des « compartiments » suivants : élaboration du verre; machines automatiques; contrôle des produits fabriqués; recherche industrielle. Le précédent article se termine après des observations sur la préparation automatique du mélange vitrifiable, la distribution de ce mélange et son chargement dans les fours, le chauffage des fours, enfin les matériaux réfractaires. Et voici que l'auteur aborde la question des machines automatiques. B. — Machines automatiques. Je ne parlerai des machines automatiques que pour souligner par quelques chiffres ou par quelques traits complémentaires ce que j'ai dit précédemment relativement aux tendances américaines. Comme, au cours de ma mission, je me suis tenu à l'écart de la production du verre plat et que je n'ai pas eu l'occasion de reprendre le contact avec les machines à ampoules électriques, notamment avec l'étonnante machine à ruban de verre (« ribbon machine ») des « Corning Glass Works » (1), il ne va être question, ci-après, que des machines à verre creux ordinaire (bouteilles, flacons, gobelets). La tendance à accroître le rendement s'épanouit dans trois machines : la « Lynch no 10 », construite par la « Lynch Corporation », à Anderson; la machine « I.S. » à 8 sections et la machine « 28 » à gobelets minces soufflés tournés, toutes deux construites par la « Hartford Empire Company ». Ces trois machines fonctionnent sur feeders. La « Lynch no 10 » est à 6 moules ébaucheurs et à 6 moules finisseurs répartis, comme d'habitude, en deux carrousels. Elle permet de fabriquer des flacons, bouteilles ou jarres d'un poids allant de 15 g à 1.800 g, ce dernier poids correspondant à une capacité approximative de deux litres. La cadence maximum de fabrication est de 48 pièces par minute pour les flacons de 15 g, de 20 pièces par minute pour les bouteilles de 670 g, de 12 pièces par minute pour les bouteilles de 1.200 g. Elle marque sur les précédentes machines du même constructeur de remarquables progrès, soit que son champ de production soit beaucoup plus étendu que celui de la « Lynch modèle B » pour une cadence maximum de production à peu près la même, soit que, son champ de production tout en étant sensiblement plus étendu que celui des « Lynch LA et LB », la cadence maximum de production soit nettement plus élevée (48 pièces par minute au lieu de 28). La machine « I. S. », qui groupe dans des sections indépendantes un moule ébaucheur et un moule finisseur, est bien connue par sa souplesse à tous égards puisqu'elle permet de fabriquer des objets creux d'un poids allant de 7 à 1.700 g, le diamètre maximum pouvant atteindre 180 mm, la hauteur maximum, 340 mm. Sous la forme de construction à 8 sections, réalisée en jumelant deux unités à 4 sections, elle est susceptible d'atteindre la cadence de 120 pièces par minute lorsque le poids est inférieur à 28 g, de 18 pièces par minute lorsque le poids est de 1.700 g. Il semble qu'après avoir groupé 4, puis 6 sections en ligne dans une même unité, les toutes dernières réalisations des machines « I.S. » aient comporté 5 sections. La machine « 28 » est destinée à fabriquer des gobelets minces tournés d'un poids allant de 28 à 250 g. Elle possède 12 moules et elle est caractérisée par le fait qu'après que la paraison a été ébauchée et accrochée à un moule de bague, elle tourne sur elle-même grâce à lui pendant l'opération de soufflage dans le moule. La cadence de fabrication va de 63 à 23 par minute. Je signale, sans m'y attarder, que par le feeder à double paraison (« double gob feeder ») associé à des moules à deux cavités, les techniciens de la « Hartford Empire Company » ont pu augmenter de 75 % la production des machines à bouteilles lorsque ces dernières ne dépassent pas le poids de 150 g. N'est-ce point là la réplique du feeder aux machines Owens aspirant deux et même trois paraisons d'un coup? En regard de ce matériel de production massive, propre à réjouir tout bon Américain et à nous rendre rêveurs, je mentionnerai deux outils à l'échelle des modestes fabrications de chez nous : la machine « I.S. » à une seule section alimentée par un ou deux cueilleurs et une machine, dont j'ignore le nom, construite par la « Kent-Owens Engineering Company », de Toledo (firme apparentée à la « Toledo Engineering Company »), machine qui dérive de la vieille machine « Empire » à ampoules électriques. La machine « I.S. » à une seule section se met en mouvement lorsque le cueilleur déclenche le fonctionnement des ciseaux coupeurs, par simple contact de la canne. La cadence maximum est de 10 à 12 à la minute. Dans la machine de la « Kent-Owens Engineering Company », destinée à la fabrication de gobelets, ampoules, cheminées de lampes, etc., le cueillage est fait par l'ouvrier. Après qu'il a mis sa canne en place, le marbrage de la paraison, le balancement, le soufflage et l'enlèvement de la canne sont réalisés automatiquement. Cette machine ayant donné toute satisfaction pour de petites productions, l'ingénieur qui l'a conçue se propose, afin de diminuer les frais de main-d'œuvre, de réaliser une machine en éventail obtenue en associant quatre unités comme ci-dessus. Je lui laisse la responsabilité de cette conception. Le prix de la machine élémentaire est de 5.000 dollars. On prévoit que la machine en éventail coûtera 20.000 dollars. En regard de ces prix, il est significatif de placer le prix de 6.875 dollars pour la machine « I.S. » à une section et de 65.000 dollars pour la machine « 28 » à 12 moules. C. — Contrôle des produits finis. Sans aucun doute, le contrôle des produits finis est un efficace instrument de progrès pour qui a la volonté de remonter méthodiquement aux causes des rebuts et de (1) Cf. Glaces et Verres, no 82, p. 10. --- GLACES et VERRES
