Brevet FR2004245A1 — publié le 19691121

La présente invention se rapporte à des raccords de tuyauterie comportant une matière plastique renforcée et plus particulièrement à des raccords, tels que des "T" et des "Y" qui peuvent être utilisés pour des tuyaux de pression. Plus particulièrement, la 5 présente invention se rapporte à des raccords de tuyauterie renforcés formés en enroulant des filaments imprégnés de résine sur un mandrin. les tuyaux ou d'autres produits "tabulaires fabriqués en enroulant des filaments imprégnés de résine autour d'un mandrin de-10 viennent de plus en plus utilisés dans le monde industriel. Du fait que l'une des caractéristiques qui favorisent l'utilisation de ces produits est leur résistance à la corrosion, il est essentiel que toutes les parties du système de tuyauterie complet présentent au moins la même résistance à la corrosion. Polit pouvoir être compé-15 titifs, il faut que les raccords utilisés pour un tel service présentent les caractéristiques nécessaires leur permettant de fonctionner pour un tel service particulier, y compris les caractéristiques de résistance mécanique élevée et de 'bonne résistance à la corrosion. Cependant, il est aussi important que l'on puisse se 20 procurer ces raccords à des prix qui ne soient pas exorbitants. De plus, sur d'autres marchés, tels que celui des tuyaux en fibrociment, chemisés ou non, des tuyaux en matière plastique extradée, telle que le chlorure de polyvinyle, et d'autres produits correspondants, il existe depuis longtemps un besoin pour un raccord de 25 tuyauterie présentant des caractéristiques de résistance à la corrosion semblables à celle du tuyau. Dans ces domaines, il est particulièrement important que les produits améliorés soient vendus à des prix compétitifs. En conséquence, la présente invention a pour but de fournir : 30 - un raccord de tuyauterie comportant une matière plastique renforcée présentant les caractéristiques nécessaires d'une résistance mécanique élevée et d'une bonne résistance à la corrosion, à des prix raisonnables ; - un système pour la fabrication de raccords de tuyauterie 35 comportant une matière plastique renfox*cée et pouvant convenir pour des tuyaux de pression en enroulant des filaments imprégnés de résine autour- du mandrin ; - un procédé pour former des raccords de tuyauterie en enroulant des filaments imprégnés de résine autour d*un mandrin et en 40 formant le mandrin à l'aide de deux sections tubulaires faisant un 69 07899 2 2004245 angle l'une par rapport à l'autre, en fornant une surface extérieure renflée au "voisinage de la région d'intersection des sections tubulaires, en enroulant les filaments imprégnés de résine au-dessus du renflement suivant un agencement croisé ainsi que sur les 5 autres parties du mandrin, et en faisant mûrir la résine pour la durcir. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront au cours de la description détaillée qui va suivre, faite en regard des dessins annexés qui do tarent à titre ezpli— tO catif, mais nullement limitatif, une forme de réalisation conforme à l'invention ; Sur ces dessins, la figure 1 est une vue en perspective d'un mandrin sur lequel un raccord, tel qu'un T, peut être formé siiivant la présente 15 invention j la figure 2 est une vue latérale de l'enroulement de la section de tige du T de la figure 1 j la figure 3 est une vue de face de l'enroulement des "bras et du coips central du T de la figure 1 ; 20 la figure 4 est une vue arrière de la figure 3 ; et la figure 5 est une vue latérale d'un raccord formé suivant les figures de t à 4, inclusivement0 In se reportant aux dessins, et en particulier à la figure 1, elle représente assemblé un mandrin 2 comprenant un certain, nombre 25 d'éléments séparables qui, lorsqu'ils sont assemblés, -se réunissent pour former un T. Les bras 4 du T sont constitués par un tube cylindrique creux 6 comportant un chapeau d'extrémité 8 disposé au voisinage de chacune de ses extrémités axiales et une ouverture centrale (non représenté). Un boulon f ileté 10 traverse les cb3.jjêâc:-x:.~ 30 d'extrémité 8 ainsi que le tube cylindrique creux, et un écrou îZ~ vissé à chaque extrémité du boulon maintient les chapeaux d'extrémité 8 en contact avec chacune des extrémités axiales voisines dïi tube 6» La tige 14 du T est constituée par un tube cylindrique creux 15 présentant à son extrémité axiale qui est voisine du tube 6 une 35 partie découpée (non représentée) de façon à se trouver à cheval sur la partie suy 'rieuse du tube 6. Un chapeau d'extrémité 16 est disposé au vois image/ l'autre extrémité axiale du tube 15» Un boulon fileté 18, relié d'une manière amovible à l'aide de n,importe quel moyen souhaitable (non représenté) au boulon 10, traverse l'ou-40 verture centrale du tube 6, le tube 15 et le chapeau d'extrémité BAD ORIGINAL 69 07899 3 2004245 16. Un écrou 20 maintient le chapeau d'extrémité 16 en contact avec l'extrémité axiale voisine du tube 15. la région qui est voisine de l'intersection des tubes 6 et 15 est recouverte par deux éléments associés 22 qui, lorsqu'ils sont 5 assemblés et associés, comportent un intérieur creux avec trois ouvertures cylindriques 24 disposées d'une manière contiguë par rapport à la surface extérieure voisine des tubes 6 et 15» Le corps central 26 formé par les éléments 22 se présente sous la forme d'un renflement dont le diamètre extérieur est supérieur au dia-10 mètre extérieur des tubes 6 et 15»-La configuration de la surface extérieure du corps central est de nature courbe et présente de préférence la forme générale d'un ellipsoïde ou d'une sphère. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1 à 5» inclusivement, le corps central se présente sous la forme d'une sphère. 15 On a trouvé que le rapport du diamètre maximal extérieur du corps central au. diamètre extérieur des bras 4 ou de la tige 14 doit être égal à environ 7 : 5 ou plus élevé. Pour la plupart des applications, il est avantageux de former le raccord final en lui donnant une extrémité évasée au' voisi-20 nage de chacune des extrémités axiales et de munir chacune de ses extrémités évasées d'une gorge annulaire formée sur sa surface in-• térieure. Dans les cas où les extrémités évasées sont souhaitables, un manchon 28 en une matière élastique, telle que du caoutchouc, du néoprène, ou me autre matière semblable, et " comportant une ner-25 vure annulaire en relief 30 est disposée au-dessus de chaque tube 6 et 15 au voisinage de chacune des extrémités axiales. Chacun des manchons 28 peut coulisser stir son tube associé mais présente une résistance de frottement appropriée avec ce dernier de sorte qu'il a tendance à rester où il est mis en position. •Cîest ainsi, comme 30 on le voit sur la figure 1, que chacun, des manchons 28 est disposé sur son tube associé 6 ou 15 au voisinage de son extrémité axiale et en contact avec le capuchon d'extrémité associé 8 ou 16. Il va de soi que la description précédente du mandrin 2 n'est donnée qu1à titre d'illustration de la réalisation d'une base 35 sur laquelle le raccord peut être formé, et qu'on peut faire varier la manière particulière de former le mandrin sans sortir du cadre de la présente invention. De plus, il est entendu que des formes différentes de celles du T représenté sur les dessins peuvent être formées. Cependant, quels que soient les moyens utilisés 40 pour former le mandrin ou quelle que soit la forme des raccords, 69 07899 4 2004245 il faut que le corps central comporte la surface extérieure renflée décrite plus haut. Le procédé pour foncer un raccord tel qu'un T est représenté sur les figures 1 à 4, inclusivement. Le mandrin 2 est d'abord re-5 couvert par un enduit de gel sur toute sa surface extérieure. Oet enduit de gel peut être constitué par n'importe quelle matière appropriée, mais dans le mode de réalisation préféré de l'invention, il est constitué par une composition à base de polyuréthanne qui est appliquée en la pulvérisant sur la surface extérieure du man-10 drin de façon à y former un revêtement présentant une épaisseur -minimale à tout emplacement égale à au moins 0,0125 cm. On laisse la composition, d'enduisage passer à l'état de mûrissement ou de prise partielle et on met ensuite le mandrin dans un appareil ap-p roprié pour enrouler stir ce dernier les filaments imprégnés de 15 résine» Comme on le voit sur la figiire 2, il est préférable de commencer l'enroulement des filaments imprégnés de résine d'abord sur la tige 14 du T. On monte le mandrin 2 dans un support 32 à l'aide de n'importe quel moyen approprié, par exemple en plaçant les bou-20 Ions 10 dans des fentes formées sur des prolongements 34 du support 32 et en fixant le mandrin en position par des dispositifs de fixation filetés 36. Un élément 38 s'étendant à partir du support 32 est destiné à être fixé à n'importe quel type de source de force motrice (non représentée) de façon à pouvoir faire tourner le sup-25 port 32 et le mandrin 2 suivant la direction indiquée par la flèche» Le mandrin 2 est de plus fixé dans une position peimettant une rotation par une tige 40 en contact avec un réceptacle approprié formé à l'extrémité du boulon 18, et la tige 40 est touril-lonnée de manière à tourner dans n'importe quel moyen souhaitable 30 (non représenté). Le mandrin 2 étant immobile, on enroule à la main une série de mèches 42 dont chacune comprend une série de torons de filaments imprégnés de résine, de-préférence des filaments de verre imprégnés d*une composition de résine époxy appropriée, sur un pe-35 tit nombre de spires autour de la tige 14 du T. On fait ensuite tourner le mandrin 2 et les mèches 42 sont tirées à travers le guide 44 et enroulées autour de la tige 14. On imprime un mouvement de va-et-vient au guide 44 suivant un trajet parallèle d'une façon générale à l'axe de rotation de la tige 14 et on enroule sur 40 cette dernière une série de couches de filaments imprégnés de ré 69 07899 5 2004245 sine en les croisant. On arrête 1renroulement lorsqu'on a atteint l'épaisseur voulue des coucb.es de filaments imprégnés de résine, les couches de filaments imprégnés de résine s'étendent depuis un point contigu du chapeau d'extrémité 16 jusqu'à un point où elles 5 sont tangentes au corps central 26. Après avoir terminé l'enroulement de la tige 14» on enlève le mandrin du support et il est prêt pour d'autres opérations. Sur les. figures 3 et 4? on a représenté le système servant à monter le mandrin 2 pour enrouler les filaments imprégnés de ré-10 sine autour des "bras 4 et autour du corps central 26. On monte le mandrin de telle sorte qu'une première extrémité du boulon 10 soit fixée à une source de force motrice (non représentée) de façon à faire tourner le mandrin 2 dans la direction indiquée par la flèche. On utilise à nouveau la tige 40 en la faisant coopérer avec 15 1*autre extrémité du boulon 10 afin de supporter le mandrin 2 en lui permettant de tourner. Le mandrin étant immobile, l'opération d1 enroulement, commence, comme on le voit sur la figure 3, en enroulant à la main un petit nombre de spires de filaments imprégnés de résine autour du corps central 26 du T» On met ensuite en rota-20 tion le mandrin 2 et les filaments imprégnés de résine sont tirés à 1 travers le guide 44 et enroulés en les croisant autour du corps central 26 et des bras 4 du mandrin. Pendant 1' enroulement des filaments imprégnés de résine sur le corps central, on synchronise la rotation du. mandrin avec le mouvement de va-et-vient du moyen 25 de guidage 44 afin de permettre à la tige 14 de passer. La réalisation du renflouent sur le corps central permet d'enrouler d'une façon uniforme les filaments imprégnés de résine dans cette région et de la recouvrir complètement. Si on supprimait ce renflement, on éprouverait des difficultés considérables 30 pour former un enroulement uniforme sans aucun vide, en particulier dans les régions qui se trouvent au voisinage de 1* intersection de la tige et du coips central. Il est possible de résoudre le problème des vides à ces intersections par drautres moyens tels que des éléments intérieurs en bande ou en étoffe de renforcement, à 35 l'aide de postes d'application de filaments multiples, avec un modèle de mandrin complexe comportant des plans multiples de rotation, et avec des paliers ou des emplacements de maintien multiples, mais toutes ces solutions augmaa tent le prix de fabrication des raccords dans une mesure telle que cette fabrication devient impos-40 sible du point de vue commercial, ou bien que le produit résultant 69 07899 6 2004245 manque de résistance à lrendroit de l1intersection» La présente invention, en donnant au corps central un renflement, permet 1*enroulement de cette région du raccord avec un appareil relativement simple, en un minimum de temps et avec un minimum de matière 5 de façon à rendre pratique ces raccords du point de vue industriel. Après qu*un nombre suffisant de coudies ont été formées sur les bras et le corps central, le mandrin 2 sur lequel le raccord complet est formé est amené à un poste de mûrissement où la résine qui se trouve dans le raccord est mûrie. A volonté^ le mûrissement 10 de la résine s'effectue en appliquant de la chaleur, et en faisant tourner le mandrin portant le raccord pendant le mûrissement de façon à assurer une répartition régulière de la résine» Après que la résine a été mûrie, le mandrin est enlevé et il est prêt à être utilisé o 15 LTexemple suivant donne une description.de la formation drun raccord pour un tuyau en matière plastique de 5*08 cm destiné à fonctionner sous pression. Un mandrin 2, tel que celui représenté sur la figure 1 est assemblé. Les crevasses qpi se présentent à la jonction des divers 20 éléments du mandrin assemblé sont obturées et le mandrin est pul- t v vérisé avec un enduisage de séparation approprié comprenant une résine fluorocarbonée dans un véhicule tel que du tricbloréthylène. tel que celui vendu par la McG-ee Chemical Company sous la dénomination commerciale "McLube n° 1711"* Le mandrin est ensuite pulvé-25 risé avec une composition destinée à former un enduit de base ou enduit de gel sur ce dernier. Cet enduit de gel est très important pour les caractéristiques fonctionnelles du mandrin terminé» Si l'enduit de gel doit être appliqué à la brosse, une composition appropriée comprend cent parties d,une résine d ^polyuréthanne talla- - • 30 que celle vendue par E.I. du Pont de ETemotirs & Company, Incsous la désignation commerciale de "ADBPREKE L 167" et vingt parties de 4,4ï-méthylène-bis-(2-chloroaniline) telle que celle vendue par E.I. du Pont de Kemours et Company, Inc, sous la désignation commerciale "MOCA". Si l'enduit de gel est appliqué par pulvérisation, 35 une composition appropriée comprend 600 parties d*une -résine de polyuréthanne telle que celle vendue par E.I. du Pont de ÏTemours et Company, Inc, sous la désignation commerciale "ADIPRENE L 167" ; 340 parties de toluène tel que celui vendu ■ par American Minerai ■ Spirits Company sous la désignation commerciale Toluène "AKSC0"j 40 92,3 parties de dianiline de méthylène telle que celle vendue par 69 07899 7 2004245 Dow Chemical Company ; et 831 parties d'acétate d'éthyle tel que celui vendu par Dodge & Clcott, Inc. Dans le présent exemple, un enduit de gel formé par pulvérisation jusqu'à ce qu'on ait obtenu un revêtement d'une épaisseur minimale d'environ 0,0125 cm forme 5 un enduit de base ou de gel idéal. Apres avoir formé et partiellement mûri l'enduit de gel, le mandrin 2 est placé sur le support 32 et monté de manière à pouvoir tourner. Pendant que le mandrin est immobile, une série de mèches 42 dont chacune comprend une série de torons, chaque toron 10 comprenant environ 200 ou un plus grand nombre de filaments, de préférence en verre, telles que celles vendues par Johns - Manvil-le Corporation, sous l'indication commerciale de J.M. Roving, 60N end G- 135 avec un liant M 393 sont introduits à travers le guide 44 et quelques spires de ces mèches sont enroulées à la main au— 15 tour de l'extrémité de tige 14, au voisinage du chapeau d'extrémité 16. Avant de traverser le guide 44, les mèches 42 sont tirées à travers un bain (non représenté) dans lequel elles sont imprégnées d'une composition de résine appropriée comprenant une résine époxy, phénolique, un polyester ou toute autre composition sembla-20 ble. Dans le présent exemple, les mèches sont imprégnées d'une résine époxy comprenant cent parties de résine époxy telle que celle vendue par Union Carbide sous la désignation commerciale BEL 2772 ; 18,75 parties d'un durcisseur à base de polyamine modifiée telle que celle vendue par Union Carbide sous la désignation commerciale 25 ZZL 0803, 12,5 parties d'un durcisseur de polyamine modifiée tel que celui vendu par Celanese Chemical Corporation sous la désignation commerciale EPI CURE 874 ; et 0,1 partie de pigment époxy bleu tel que celui vendu par Pigment Dispersions Inc. sous la désignation commerciale n° 2301. On fait commencer la rotation du 30 mandrin 2 et les mèches de filaments imprégnés de résine sont enroulées autour de la tige 14 jusqu'à ce qu'on ait obtenu une épaisseur comprise entre 0,405 et 0,63 cm environ. On arrête alors l'opération d'enroulement et le mandrin est amené à sa position supportée représentée sur les figures 3 et 4. 35 L'enroulement des bras 4 et du corps central 26 commence en enroulant à la main quelques spires des mèches 42 de filaments imprégnés de résine autour du corps central 26, On commence à faire tourner le mandrin et les filaments sont d'abord enroulés autour du corps central 26, comme on le voit sur les figures 3 et 4, en 40 les croisant. La première intersection des filaments se produit au 69 07899 8 2004245 voisinage de la partie du corps central 26 qui est diamétralement opposée à la tige 14- A mesure que se poursuit la rotation du mandrin, les filaments sont enroulés de telle sorte que 1*intersection passe progressivement de sa position initiale diamétralement 5 opposée à la tige 14 sur la surface extérieure, sur les deux côtés du. corps central 26 vers la tige 14 jusqu'à ce. que le corps central soit recouvert complètement des filaments croisés. Les filaments sont alors enroulés tour à tour au-dessus de chacun des deux bras 4 pendant que le mandrin continue à tourner. On enroule une quan— 10 tité suffisante de couches de filaments imprégnés de résine sur le mandrin en répétant le processus d'enroulement précédent jusqu'à ce qu'on ait obtenu l'épaisseur de paroi voulue dans toutes les parties des bras 4 et du corps central 26. Pour le T de 5>08 cm de l'exemple, cette épaisseur est la même que celle indiquée 15 plus haut pour la tige, c'est-à-dire qu'elle est comprise entre 0,405 et 0,63 cm. Le mandrin 2 portant le raccord formé sur lui est alors amené à un poste de mûrissement. Dans le présent exemple, le mûrissement de la résine époxy s'effectue en plaçant le mandrin 2 portant le raccord dans un environnement chauffé d,une 20 manière appropriée dont la température est d'environ 93°C, des moyens faisant tourner le mandrin portant le raccord pendant le mûrissement de façon à conserver une répartition régulière de la résine époxy. Après mûrissement, le mandrin est enlevé, puis encore mûri à environ 93°C, et le raccord, tel qu'il est représenté 25 sur la figure 5, est prêt à être utilisé,. Il va de soi que la description précédente n'a été donnée qu'à titre d'illustration et non de limitation de la présente invention. Le mandrin 2 peut être formé à l'aide de n'importe quels moyens appropriés de façon à présenter les divers contours voulus 30 sur la surface intérieure du raccord à produire. Il est également évident qu'on peut former des formes différentes de celles du T représenté sur les dessins. On peut faire varier l'épaisseur des couches de filaments imprégnés de résine suivant une gamme étendue dépendant des caractéristiques de fonctionnement voulues pour le 35 raccord terminé, ainsi que des dimensions du tuyau avec lequel il doit être utilisé. C'est ainsi que dans l'exemple précédent du T de 5,08 cm, on a indiqué que l'épaisseur des couches de filaments imprégnés de résine est comprise entre 0,405 cm et 0,63 cm, mais un T destiné à un tuyau de 304 cm fonctionnant sous pression peut 40 présenter une épaisseur de paroi s'élevant jusqu'à 2,74 cm. 69 07899 9 2004245 Bien que le mandrin 2 puisse être formé par des moyens autres que ceux représentés sur les dessins et qui ont été décrits plus haut, il faut que n'importe quel mandrin destiné à être utilisé dans ce système soit pourvu du renflement formé à l'endroit du 5 corps central* En pratique, on a trouvé que le contour de la surface extérieure du renflement est avantageai s ement sous la forme d'un ellipsoïde ou d'une sphère, mais de préférence sous la forme d'une sphère. Le rapport du diamètre maximal extérieur du renflement au diamètre extérieur de la surface se trouvant immédiatement 10 au voisinage du renflement doit être d'environ 7 : 5 ou plus élevé. On a également trouvé qu& pour certaines tailles et certaines formes, le centre du renflement doit être disposé à une courte distance de l'intersection des axes longitudinaux centraux des diverses sections allongées. C'est ainsi que dans le 3? du type représenté 15 sur les figures 1 à 5* le centre de la sphère du corps central 26 pourrait à volonté être disposé sur l'axe longitudinal central du tube 14 et 11 pourrait être espacé d'une distance prédéterminée de l'axe longitudinal central des bras 4 dans la direction du capuchon d'extrémité 16. Pour former un T destiné à un tuyau de 25,4 20 ■ cm, cette distance serait d'environ 2,54 cm. Comme décrit plus haut, ce renflement permet d'obtenir un enroulement uniforme des filaments imprégnés de résine et de former un raccord sans vide au voisinage de l'intersection des sections allongées, tel qu'à l'endroit de l'intersection de la tige et des bras à l'endroit du 25 corps central dans le T représenté sur lés figures 1 à 5» Il va de soi que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif maïs nullement limitatif, et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. - 69 07899 10 2004245 ffljYBITOTfltTTOHfi 1. Procédé pour former des raccords de tuyauterie en enroulant des filaments imprégnés de résine autour d'un mandrin, caractérisé par les points suivants, séparément ou en combinaisons % (a 5 le mandrin comprend deux sections tubulaires réunies l'une à l'autre suivant un angle ; ( b} on forme une surface extérieure renflée au voisinage de la région d'intersection des sections tabulaires i (c) on enroule les filaments imprégnés de résine sur le renflement en les croisant, ainsi qu'au-dessus des autres parties du mandrin 10 (d) on fait mûrir la résine pour la durcir ; (e) le renflement est constitué par une partie de sphère et le rapport 'du diamètre du renflement au diamètre de la section tubulaire est d'au moins 7:5; (f) le centre de la partie sphérique est décalé de la jonc tion des sections tabulaires j (g) les filaments sont des fila-15 ments formés par des fibres de verre ; (h) un enduit de gel est appliqué au mandrin avant d'enrouler les filaments. 2» Appareil, caractérisé en ce qu'il sert à mettre en oeuvre le procédé suivant la revendication 1.