Brevet FR2103577A1 — publié le 19720414

i 2103577 La présente invention concerne un appareil à lisser la face intérieure de tuyaux en matière plastique. Au cours de ces dernières années, l'utilisation de tuyaux en matière plastique s'est largement répandue. Ces 5 tuyaux peuvent prendre des formes et dimensions diverses, être rigides ou souples, et être réalisés en des polymères thermoplastiques ou thermodurcissables. On les obtient en général par extrusion, bien qu'on puisse aussi les former par moulage ou autre technique appropriée. Le mot "tuyau", tel 10 qu'utilisé dans le présent mémoire et les revendications, désigne tout tuyau, tube ou conduit souple ou rigide, grand ou petit, en matière thermoplastique appropriée, telle que le chlorure de polyvinyle. On peut améliorer la résistance mécanique et les caractéristiques à haute température de tuyaux *5 à l'aide de renforcement tels que des gaines tressées,des recouvrements, ou des éléments d'armature en hélice noyés dans la paroi du tuyau. Un tuyau récemment mis au point comporte une âme â haute résistance mécanique, en matière thermoplastique ri-20 gide, noyée dans une matrice plus molle. Dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n* 3 4l6 982, on décrit un procédé et un appareil pour la fabrication d'un tuyau robuste, sans couture, de ce type comportant une âme rigide en chlorure de polyvinyle et une matrice souple en chlorure de polyvinyle plas-tifié. On refoule par extrusion l'âme non plastifiée dans un courant de matière plus molle, puis on extrude la structure composite, à travers la filière d'une tête rotative sur un organe de calibrage approprié, les spires contiguës de matière refoulée se touchant et se réunissant par fusion dès la ^ sortie de la filière. L'extrusion s'opère à une température à laquelle la structure composite est molle et déformable. A mesure que le tuyau quitte l'extrudeuse, on le calibre intérieurement en le faisant passer axialement sur un mandrin creux rigide monté dans son prolongement axial. Ce 35 mandrin de calibrage est décrit en détail dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 3 395 205. La surface du mandrin de calibrage est complètement recouverte de rubans continus minces et souples, dirigés longitudinalement. Le tuyau déplace ces rubans à mesure qu'il est refoulé de l'extrudeuse et qu'il 1,0 se solidifie. Les rubans sont typiquement en "Téflon" renfor 71 30376 2 2103577 cé de fibres de verre. Ils se chevauchent mutuellement sur le pourtour du mandrin et dessinent en surface un motif qui se grave en creux dans l'intérieur du tuyau pendant le calibrage. Les jonctions entre rubans voisins forment des nervu-5 res longitudinales qui s'impriment dans la face intérieure du tuyau. Ces nervures et les rubans coopèrent pour résister à l'écoulement de fluide dans le tuyau. Quand le tuyau sert au transport de denrées périssables telles que des produits alimentaires, pharmaceutiques ou autres, ces rainures et autres 10 motifs gravés par les rubans retiennent parfois des fragments de produit qui risquent de s'aigrir et de se gâter en engendrant des moisissures ou de détériorer autrement la qualité du produit ultérieurement acheminé à travers le tuyau. La présente invention a pour but de supprimer ces 15 inconvénients et de proposer un tuyau en matière plastique à intérieur lisse. On atteint ces buts ainsi que d'autres, d'une manière qu'on exposera ci-après en détail, â l'aide d'un procédé et d'un appareil permettant de porter l'intérieur d'un 20 tuyau en matière plastique à une température assez élevée pour que la matière formant la face intérieure du tuyau se ramollisse et s'étale pour effacer les marques de ruban et les stries. On obtient ce résultat en disposant axialement dans le tuyau un corps cylindrique susceptible d'être chauffé par induction et, concentriquement autour du tuyau et de ce corps, une bobine d'induction, puis en chauffant ledit corps par induction tout en déplaçant axialement le tuyau par rapport à lui â une vitesse suffisante, compte tenu du taux de chauffage, pour chauffer la face intérieure du tuyau afin que la ten-30 sion superficielle de la matière plastique assure un lissage supprimant les irrégularités. Les figures du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée: 35 la figure 1 est une vue en coupe transversale de l'extrémité d'aval d'un mandrin de calibrage et d'un agencement chauffant à utiliser pour lisser l'intérieur d'un tuyau thermoplastique, La figure 2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de 40 la figure 1. 71 30376 2103577 La figure 3 est une coupe axiale illustrant une variante de moyen propre à soutenir un groupe chauffant dans un tuyau en mouvement. La figure 4 est une coupe axiale illustrant l'uti-5 lisation d'un moyen magnétique pour l'ancrage d'un groupe chauffant à l'intérieur drun tuyau en mouvement. La figure 5 est une vue en bout des galets représentés sur la figure 3. On va maintenant décrire en détail l'invention. 1° On lisse la face intérieure d'un tuyau thermoplastique en la portant à une température suffisante pour que la tension superficielle de la matière thermoplastique ramollie supprime par lissage les petites irrégularités de surface. La source de chaleur est un groupe chauffant situé à 1'intérieur du tu-15 yau, chauffé par une bobine d'induction qui lui est concentrique et qui entoure extérieurement le tuyau. Le groupe chauffant rayonne de la chaleur à l'intérieur du tuyau. Sur la figure 1, on voit un tuyau continu 2, en matière plastique, entraîné le long d'un mandrin de calibrage 20 par deux ou plusieurs courroies continues molles 6 qui contournent des poulies appropriées 8. Le mandrin de calibrage 4 est creux et recouvert d'une série de rubans continus 10, minces et flexibles, que le tuyau entraîne en longeant la surface du mandrin. A l'extrémité du mandrin de calibrage, les 25 rubans pénètrent par des fentes dans l'intérieur du mandrin. Le mandrin de calibrage est typiquement raccordé §. la tête d'une extrudeuse (non représentée) qui forme le tuyau. On ajuste la vitesse d'extrusion et la longueur du mandrin de façon que le tuyau refroidisse assez pour qu'il se supporte 3° lui-même et présente de la stabilité dimensionnelle lorsqu'il atteint l'extrémité d'aval 5 du mandrin de calibrage. En aval du mandrin 4, dans son prolongement et dans celui du tuyau, il est prévu un groupe chauffant 12. Ce groupe est de préférence en tout matériau, métallique ou non, 35 susceptible d'être chauffé par induction et de rayonner de la chaleur vers la paroi du tuyau 2. Parmi les métaux préférés *>. cette fin figurent le fer et ses alliages, et le carbone constitue un matériau non métallique approprié. Le groupe chauffant 12 est en forme de cylindre fermé à une extrémité. Sa fâ-liO ce extérieure cylindrique épouse la courbure de la face inté 71 30376 " 2103577 rieure du tuyau, dont elle est espacée. Si la section du tuyau est non circulaire, celle du groupe - chauffant a de préférence une forme analogue telle que la face intérieure du tu--yau qui défile sur le groupe chauffant soit uniformément es-5 pacée de la surface de ce groupe. Un calorifugeage 14'est-interposé entre le groupe chauffant et le mandrin de calibrage. Ce calorifugeage réduit la transmission de chaleur du groupe chauffant 12 au mandrin 4 et limite ainsi le risque que la chaleur endommage les rubans ou autres éléments constitutifs .. 10 du mandrin ou modifie les dimensions du mandrin, ce qui affecterait fâcheusement le calibrage du tuyau. Le calorifugeage est fixé au mandrin de calibrage 4, à partir duquel il s'étend axialement. Le groupe chauffant 12 est lui même fixé à ce calorifugeage. Tel que représenté sur la figure 2, ce calorifu-15 geage ou écran thermique est. formé de trois cylindres céramiques réunis au mandrin et au groupe chauffant par des moyens appropriés. Par exemple, chaque cylindre peut présenter des extrémités taraudées dont l'une est reliée * une plaque 11 fixée au mandrin par des vis 13. L'autre extrémité de chaque 20 cylindre est fixée au groupe chauffant 12 par des vis 15. A ces cylindres, on peut substituer un agencement approprié d'ailettes ou autre structures propres à protéger le mandrin 4 et le reste de l'appareillage de la chaleur rayonnée par le groupe 12. 25 Le groupe chauffant 12 est disposé centralement à l'intérieur du tuyau 2 et une bobine d'induction appropriée 16 entoure ce groupe et le tuyau. La bobine est typiquement formée d'une pluralité de spires de tube de cuivre et est reliée â une source de courant alternatif tel qu'un générateur 30 haute fréquence. Quand du courant traverse la bobine en cuivre à section circulaire, il s'établit un champ électromagnétique symétrique. L'intensité de ce champ est déterminée par l'intensité du courant traversant la bobine et par le nombre de spires de celle-ci. 35 Le champ électromagnétique établi engendre des cou rants tendant à circuler dans tout corps électriquement conducteur placé dans le champ. La résistance opposée par le corps au passage du courant a pour effet d'engendrer de la chaleur dans ce corps. Pour de hautes fréquences, le courant induit ^0 est maximum à la surface du corps et décroît vers l'intérieur. CO PY 71 30376 5 2103577 Cet effet est avantageux suivant l'invention, puisque le but est de chauffer la face intérieure du tuyau en matière plastique, (qui constitue un corps sensiblement non conducteur de l'électricité) à l'aide de chaleur rayonnée par la surface 5 du groupe chauffant, qui constitue le corps électriquement conducteur. En conséquence, il est indicme d'adopter une haute fréquence, par exemple de 450 kHz. En outre, il faut que le groupe chauffant se comporte en corps noir pour que la quantité de chaleur rayonnée soit aussi élevée que possible. 10 On porte typiquement le groupe chauffant ? une température pour laquelle la matière plastique formant la face intérieure du tuyau se ramollit assez pour que sa tension superficielle assure un lissage supprimant les irrégularités de surface. Toutefois, la face intérieure du tuyau ne doit pas 15 se ramollir au point que la matière plastique coule !■ l'excès. Des facteurs tels que la vitesse d'avance du tuyau, la nature de sa ma.tière plastique constitutive et le diamètre du tuyau doivent tous être pris en considération pour déterminer la quantité de chaleur nécessaire à l'obtention du résultat désiré. 20 La figure 3 illustre une variante de l'invention suivant laquelle un groupe chauffant 112 est relié à un calorifugeage 114 lui-même relié à un support approprié 120. Le support est typiquement formé d'un cylindre en aluminium entouré par deux bagues annulaires espacées 122, u faible coef-25 ficient de frottement, en matériau approprié usiné tel que le "Téflon", -le caoutchouc siliconique ou le caoutchouc d'urétha-ne. Une fois posées sur le support 120, ces bagues ont un diamètre extérieur légèrement inférieur au diamètre intérieur du tuyau 102. Ce tuyau défile entre plusieurs paires de galets à 30 gorges triangulaires comportant chacune un galet supérieur 124 et un galet inférieur 126. Il traverse ensuite une bobine^ d'induction 116, représentée noyée dans une composition d'enrobage appropriée 118, telle que de la résine époxyde. Un étrier 128 fait saillie sur l'extrémité libre 130 du support 120. Un 35 câble 132 est fixé par une extrémité 5. cet étrier et par l'autre extrémité (non représentée) ît l'extrémité d'un mandrin de calibrage ou analogue. La résistance frottante rencontrée car le tuyau 102 au franchis s er.ent des bagues 122 applique au support une tension qui maintient le câble 132 tendu. Les deux bagues 122 maintiennent le support 120 et le groupe chauffant GOPY 71 30376 2103577 112 centre dans le tuyau. Alors que le groupe chauffant montre sur la figure 3 est porté en porte-à-faux, il peut aussi être suspendu entre deux supports comportant chacun une ou plusieurs bagues à faible coefficient de frottement ou autres 5 moyens assurant son centrage dans le tuyau. Un groupe de ce type peut efficacement servir au post-traitement de la^face intérieure d'un tuyau préalablement fabriqué et calibré. Suivant une autre variante, on peut monter le groupe chauffant sur l'extrémité d'une tige ou d'un support 10 de longueur importante, au moins égale à celle du tuyau 5 traiter, et le déplacer alors â travers le tuyau. Il faut prévoir des moyens propres à déplacer la bobine d'induction en même temps que le groupe chauffant. La figure 5 est une vue de détail des galets 124, 15 126 montrés sur la figure 3- Chaque galet présente une gorge triangulaire définissant avec celle de l'autre galet une gouttière dans laquelle se déplace le tuyau 102. Les galets sont montés sur des arbres 125, 127, typiauement maintenus dans un support approprié. Les galets sont de préférence en un ma-20 tériau ne risquant guère de déformer le tuyau souple, mais qui le soutiennent convenablement pendant qu'il traverse la bobine d'induction. Un matériau mou tel que le caoutchouc mousse se révèle particulièrement indiqué à cette fin. On peut munir les galets de moyens permettant de modifier l'espacement ver-25 tical entre galets supérieur et inférieur pour que ces derniers puissent recevoir des tuyaux- de diamètres différents. La mise en oeuvre de l'invention peut s'opérer 3 tout moment après fabrication du tuyau. Avantageusement, on lisse la face intérieure immédiatement après extrusion et ca-30 librage du tuyau, avant que ce dernier ne soit revenu à température ambiante. Pour fabriquer des tuyaux plastiques en chlorure de polyvinyle suivant le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 3 4l6 982, on réalise un tuyau d'un diamètre extérieur de 19 mm à une vitesse linéaire d'environ 46 m/h, qui quitte l'ex-35 trudeuse à une température d'environ 177°C. Le tuyau se déplace le long d'un mandrin de calibrage et, en quittant ce dernier, il est ramené aux environs de 82°C. Il traverse une bobine d'induction fixe qui fonctionne S une fréquence de 40 450 kHz et fournit une puissance de 2,5 kW pour chauffer par 71 30376 7 2103577 induction un cylindre fixe situé dans le tuyau. . . La chaleur rayonnée par le groupe chauffant porte en continu la face intérieure du tuyau en mouvement entre 177 et 2C4°C, pour que la tension superficielle de la matiê-5 re thermoplastique lisse la.face intérieure du tuyau. En réchauffant le tuyau sitôt après extrusion et calibrage, alors qu'il est encore tiède, on minimise la auan-tité d'énergie rayonnante nécessaire. Si le tuyau est doj/5. revenu à température ambiante, le réchauffage exige beaucoup 10 plus d'énergie et il faut opérer des réglages appropriés pour accroître le taux de rayonnement de chaleur ou ralentir le mouvement relatif entre le tuyau et le groupe chauffant. Ainsi, la présente invention offre un moyen assurant le lissage thermique de l'intérieur d'un tuyau thermo-15 plastique sans qu'on ait à modifier l'appareil d'extrusion. Elle offre en outre un moyen permettant de centrer un groupe chauffant dans le tuyau, quel que soit le degré de rigidité ou de souplesse de ce dernier. En général, le groupe chauffant et le tuyau sont cylindriques. Toutefois, si le tuyau a une 20 section autre que circulaire, par exemple ovale, il est préférable que le groupe chauffant ait une forme analogue. Il va de soi que des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits,- notamment par substitution de moyens techniques équivalents5 sans sortir pour 25 cela du cadre de la présente invention. Par exemple, au lieu de déplacer le tuyau par rapport au groupe chauffant, on peut déplacer axialement l'ensemhle de ce groupe et de la bobine le long d'un tronçon de tuyau fixe. 71 30376 8 2103577 REVENDICATIONS" • 1. Appareil destiné à lisser la face intérieure d'un tuyau thermoplastique formé par extrusion et suffisamment refroidi pour se supporter lui-même, caractérisé en ce 5 qu'il comprend un groupe chauffant dont la forme extérieure reproduit en plus petit celle de la face intérieure du tuyau, une bobine d'induction entourant concentriquement à distance le groupe chauffant et présentant un diamètre intérieur supérieur au diamètre extérieur du tuyau, un moyen indépendant de 10 l'extrudeuse propre ?. maintenir le groupe chauffant centré à l'intérieur du tuyau, et un moyen propre à provoquer un mouvement axial relatif entre le groupe chauffant et le tuyau. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le groupe chauffant est de forme générale cylindri- 15 que. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le groupe chauffant est relié à un support, dans le prolongement axial de ce dernier. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé 20 en ce que le support est immobilisé axialement par rapport au tuyau. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit support cylindrique comporte au moins deux bagues de contact espacées l'une de l'autre et agencées pour 25 entrer en contact frottant avec la face intérieure du tuyau afin de maintenir le groupe chauffant centré dans ce tuyau. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que les bagues de contact sont à faible coefficient de frottement. 30 7. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte un mandrin de calibrage du tuyau et des moyens raccordant le support H ce mandrin. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit support consiste en un calorifugeage. 35 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit calorifugeage est formé de plusieurs cylindres céramiques axialement alignés et espacés. 10. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que le support cylindrique est fixé à l'extrémité 40 d'un mandrin de calibrage. 71 30376 9 2103577 11. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte une bobine magnétique annulaire qui entoure le tube, un noyau paramagnét ique situé dans le tube et maintenu dans le champ magnétique de la bobine, et des moyens 5 reliant le support au noyau. 12. Appareil pour l'obtention d'une face calibrée lisse à l'intérieur d'un tuyau thermoplastique, pendant la formation de ce dernier, caractérisé en ce qu'il comprend un mandrin de calibrage dont la surface définit le diamètre in- 10 térieur du tuyau et qui comporte plusieurs rubans mobiles minces et flexibles, un moyen propre S déplacer axialement le tuyau le long du mandrin, un groupe chauffant situé dans le prolongement axial du mandrin, présentant un diamètre plus faible que celui du mandrin et susceptible d'être chauffé par 15 induction, et une bobine d'induction qui entoure concentrique-ment le groupe chauffant et présente un diamètre intérieur supérieur au diamètre extérieur du tuyau. 13. Appareil selon la revendication 12, caractérisé en ce que le groupe chauffant est soutenu par le mandrin 20 de calibrage et situé dans son prolongement axial. 14. Appareil selon la revendication 13» caractérisé en ce que le mandrin est séparé du groupe chauffant par un calorifugeage. 15. Appareil selon la revendication 14, caracté- 25 risé en ce que ledit calorifugeage est formé de plusieurs cylindres céramiques espacés situés dans le prolongement axial du mandrin et du groupe. 16. Appareil selon la revendication 12, caractérisé en ce que le groupe chauffant est relié à un support cylin- 3° drique, relié à l'extrémité d'aval du mandrin de calibrage par un câble, ce support comportant au moins deux bagues de contact espacées, agencées pour entrer en contact frottant avec la face intérieure du tuyau afin de maintenir le groupe chauffant centré dans ce dernier.