Brevet FR2137702A1 — publié le 19721229

La présente invention concerne le moulage des polymères de polytétrafluoréthylène (PTFE), par exemple par le procédé connu sous la dénomination de moulage isostatique. Elle concerne plus particulièrement le moulage in situ d'une couche de matière con-5 tenant du PTFE sur un organe qui sera dénommé ci-après "support". Les propriétés du PTFE font qu'il constitue une matière désirable par exemple pour le revêtement intérieur de conduits métalliques tels que ceux utilisés pour certaines applications, à cause de l'inertie chimique du PTFE. Un procédé par lequel on 10 a cherché à réaliser un revêtement intérieur sur un conduit métal lique est le procédé de moulage isostatique, selon lequel du PTFE granuleux est introduit entre la paroi interne du cônduii; et l'extérieur d'un tube en caoutchouc logé dans ce conduit, la poudre de PTFE étant ensuite comprimée par pression. Cette pres-15 sion est exercée par voie isostatique sur la poudre, en plaçant l'ensemble à l'intérieur d'un récipient sous pression, les extrémités de la couche annulaire de PTFE formée entre le conduit et le tube étant obturées et une pression étant ensuite exercée au moyen d'un liquide qui peut accéder à l'intérieur du tube, ce 20 tube étant alors élargi ou distendu pour comprimer le PTFE contre la surface interne du conduit métallique. Un inconvénient du procédé tel qu'il existe jusqu'ici réside dans le fait que, pendant le stade de frittage ultérieur au cours duquel le conduit métallique et le revêtement de PÏFE sont, 25 après enlèvement du tube de caoutchouc, chauffés à la température de frittage du PTFE, le revêtement se sépare aù rftoinè en partie du conduit. Les recherches qui ont abouti à l'invention, ont permis de perfectionner le procédé de moulage d'une couche contenant du 30 PTFE sur un organe formant support. L'invention est matérialisée dans un procédé pour former un revêtement, garnissage ou chemisage contenant du PTFE à l'intérieur d'un organe de support creux, consistant à introduire la poudre de moulage contenant du PTFE entre la surface du support 35 devant recevoir le revêtement et un élément de moulage souple, à exercer une pression de fluide au moins sur l'élément souple pour comprimer ou presser la poudre de moulage contre la surface et réaliser un clavetage mécanique entre la poudre de moulage et le support, à supprimer la pression de fluide, et à dégager ensuite 40 l'élément souple du support et du revêtement. Ce revêtement intéh ifa»- 72 16670 2 2137702 rieur peut être fritté in situ sur le support,, L'invention concerne encore un procédé pour former une couche contenant du PTFE sur une surface d'une cavité ménagée dans un organe formant support, consistant à comprimer une cou-5 che de poudre de moulage contenant du PTFE contre la surface, de préférence par moulage isostatique, et à fritter ensuite la couche, un clavetage mécanique étant réalisé entre l'organe formant support et la couche au moins au voisinage des bords de la surface. Ce clavetage peut être réalisé par des rainures, gorges 10 ou filetages prévus dans la surface de la cavité ou par les irrégularités de surface, telles que celles qui" résultent d'un fini de surface bosselé, par exemple sur un objet métallique. Suivant une variante, ou de façon additionnelle, la couche contenant du PTFE peut être formée de façon à s'étendre tout autour de l'or-15 gane formant support et à venir buter contre une partie de cet organe sur un bord de la surface couverte, de façon à ménager une bride ou collerette en contact avec l'organe de support au droit de ce bord. Ces brides doivent généralement être serrées contre l'organe formant support pendant le stade de frittage, 20 et quand une* seule bride est utilisée pour réaliser le clavetage sur un bord quelconque, cette bridé doit être serrée contre l'organe formant support pendant le frittage. La bride doit avoir -une épaisseur suffisante pour supporter les contraintes introduites dans le PTFE pendant lé frittage. 25 Au lieu d'un moulage isostatique, on peut utiliser, pour comprimer la poudre de moulage dans la position désirée, d'autres moyens de moulage appropriés. La: couche qui se trouve à l'intérieur de 1-a: cavité peut faire partie d'une couche de PTFE formée à la fois à l'intérieur et à l'extérieur d'un organe de support 30 creux* Une partie du revêtement qui se trouve à l'extérieur de cet organe, de support peut être utilisée comme bridé pour réaliser l'accrochage ou le clavetage à une extrémité quelconque de la cavité. Si ceci constitue la seule forme de clavetage à l'extrémité particulière considérée, le revêtement 'doit être serré 35 contre l'organe formant support pendaht le"-frittage* • Le procédé suivant l'invention' peut être utilisé1-pour^ l'a formation de revêtements^ intérieurs, gaïrhissages ou chemisages dans des systèmes de conduits, qu * ils soient droits ou ramifiéso L'invention est applicable en particulier à la réalisation 40 de revêtements intérieurs dans- dés conduits métalliques, et -"oî --- 72 16670 3 2137702 que le polymère est moulé pour former une bride, il est préférable de réaliser une telle bride à chaque extrémité du conduit, ou bien au niveau de chaque orifice dans un ensemble de conduits tel qu'une pièce ou un raccord en To 5 Suivant un autre aspect, l'invention concerne un conduit muni d'un revêtement intérieur dans lequel le revêtement est formé par une couche de matière contenant du PTFE, qui a été moulée à partir de poudre placée dans le conduit, et est claveté mécaniquement avec le conduit au moins au voisinage des extrémités 10 de celui-ci# Le revêtement intérieur peut, par ,exemple, s'étendre au delà des extrémités du conduit pour former des brides en contact avec ces extrémités. Le procédé suivant l'invention comprend de préférence un stade de refroidissement brusque et, après le frittage, l'organe 15 formant support et la couche contenant du PTFE sont refroidis rapidement, par exemple en les plongeant dans l'eau froide.» Ceci a pour effet d'assurer le maintien d'un ajustage précis entre la couche et l'organe formant support. Une relaxation afin de suppri mer les contraintes dans la couche peut être réalisée ultérieure-20 ment, en réchauffant la couche jusqu'à un point inférieur au point de prise en gel du PTFE et en permettant ensuite un refroidissement lent. Quand la couche est munie de brides terminales et lorsque les brides ont été serrées pendant le frittage, les pinces ou organes de serrage sont laissés en place pendant le 25 refroidissement brusque et de préférence également pendant l'opération de suppression des contraintes. Les poudres de moulage peuvent comprendre du PTFE granuleux, qui peut ou non renfermer des charges. On entend, par le terme PTFE, le polytétrafluoréthylène et les copolymères de té-30 trafluoréthylène avec une quantité pouvant aller jusqu'à 10% en poids d'un autre monomère convenable. Une qualité de PTFE non chargé convenable est celle vendue par la Société Impérial Chemical Industries Limited sous la dénomination "Fluon G 307*»o Il peut être désirable de soumettre la couche à une opéra-35 tion de repoussage pendant le stade de frittage. Ceci est le cas, par exemple, pour un raccord en T ou une série de raccords en T comprenant une ou plusieurs branches latérales qui sont plus courtes que la branche principale. Les efforts du revêtement intérieur dans la branche principale pendant le frittage peuvent 40 exercer une traction pouvant déformer le revêtement au droit des 72 16670 4 2137702 orifices des branches les plus courtes. Un repoussage, par exemple par l'utilisation d'un noyau en métal placé à l'intérieur de l'orifice de la branche pendant le frittage, peut éviter cette tendance à la déformation. Lors de la formation d'un revêtement 5 intérieur dans un conduit métallique, le clavetage peut être produit en formant un filetage dans la surface du métal sur toute sa longueur ou sur une partie seulement de sa longueur, y compris la partie voisine des deux extrémités du conduit. La longueur et la profondeur du filetage sont choisies en fonction 10 de la longueur et du diamètre intérieur du conduit, de façon à réaliser un clavetage approprié. Si un revêtement intérieur est formé dans une pièce ou un raccord en T ou en Y, un tronçon de filetage peut être prévu à l'extrémité de chacune des branches de ce raccord ou de cette pièce, ou bien le filetage peut être 15 formé sensiblement sur toute la longueur de ces branches. Un clavetage peut également être réalisé en prévoyant sur la surface interne du conduit un profil bosselé. Une telle configuration, ou bien des rainures, peuvent être utilisées en combinaison avec une bride formée par/PTFE, en particulier lorsque 20 le revêtement s'étend sur une longueur importante de conduit. En empêchant le mouvement longitudinal, on évite sensiblement la séparation radiale du revêtement de PTFE par rapport à un conduit et ceci est important pour l'obtention d'un revêtement intérieur durable. 25 L*invention concerne également les organes formant supports munis de couches contenant du PTFE par les procédés décrits ci-avant. La description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés, donnés à titre non limitatif, permettra de mieux com-30 prendre 1* invention. La fig. 1 est une vue en section droite d*un raccord en T en acier doux qui doit recevoir un revêtement intérieur en PTFE. La fig. 2 est une vue en coupe transversale à travers le raccord en T métallique, monté dans un appareil de moulage pour 35 la compression en place du revêtement intérieur. La fig. 3 est une vue en coupe transversale d'une variante de mise en oeuvre du procédé pour l'application d*un revêtement intérieur dans un raccord en T en acier doux, dans lequel le polymère a été introduit entre une garniture ou vessie intérieu-40 re et le raccord en T. 72 16670 5 2137702 La fig» 4 est une vue en élévation avec coupe partielle du raccord en T, en regardant dans la direction de la flèche A sur la fig. 3. La fige 5 est une vue analogue à la figc 3 avant le pres- 5 sage. La fig. 6 est une vue montrant le raccord en T et le revêtement intérieur après le pressage, dans la position d'assemblage permettant le frittage. Sur la fig. 1, le raccord métallique en T comprend trois 10 branches 10 et un revêtement intérieur doit être appliqué contre la surface interne 12 de ce raccord en T dans chacune des branches» On a constaté que si la surface 12 demeure lisse, le revêtement intérieur de PTFE se sépare après frittage de la surface à 1»extrémité des branches, ce qui présente cet inconvénient 15 que le conduit en métal cesse de servir de support pour le revêtement, de sorte qu'il résulte une perte de résistance efficace dudit revêtement. Le revêtement intérieur peut devoir résister à des pressions internes élevées, ce qui provoquerait sa rupture s'il n'était pas supporté de façon convenable. 20 Lors de la mise en oeuvre de ce mode de réalisation corres pondant à l'invention, des filetages intérieurs sont taillés à l'extrémité de chaque branche 10, sur des zones ayant une longueur' indiquée en "a". Simplement à titre d'exemple, dans le cas d'un raccord en T dans lequel la longueur totale des branches 25 alignées.est de 82 mra, la longueur du filetage "a" est de 20 mm _ dans le cas d'un filetage pour conduits normalisé britannique de 25 miru Le filetage est judicieusement de type hélicoïdal, mais des filets circulaires séparés ou des rainures similaires peuvent être utilisés si désiré. Suivant une variante, un clave-30 tage peut être assuré en prévoyant sur la surface interne des branches 10 un profil bosselé. Sur la fig. 2, une vessie intérieure en caoutchouc 14 en forme de T a été introduite dans le raccord en T et un chapeau terminal 16, qui est constitué par une résine en copolymère acé-35 tal 'Kematal' ou en une autre matière convenable, a été adaptée sur les deux extrémités alignées 18 du raccord en T. Les chapeaux sont munis d'orifices centraux à travers lesquels les extrémités de la vessie 14 sont engagées de façon à réaliser un alignement correct et à établir un joint avec les parties considérées de la 40 vessie, ainsi que pour permettre aux branches de celle-ci de pou- 72 16670 e 2137702 . voir recevoir le fluide qui va être utilisé pour entourer l1appareil de moulage. Un joint d'étanchaité est réalisé entre les chapeaux 16 et l'extérieur des branches 10 au moyen de joints toriques 20. 5 Avant qu'un troisième chapeau 22 soit mis en place, l'es pace 25 ménagé entre la vessie 14 et les parois internes du raccord en T est rempli à l'aide d'une poudre de moulage en PTFE convenable et l'ensemble est soumis à une vibration pour assurer un damage serré, en ajoutant la quantité supplémentaire de pou-10 dre requise. La branche 24 de la vessie 14 est ensuite engagée à travers l'orifice 26 du chapeau 22 et celui-ci est emboîté en place comme visible sur la fig. 2. Le moule est ensuite placé dans un récipient sous pression convenable et une pression de fluide est exercée de la manière 15 usuelle pour provoquer l'expansion de la vessie 14 et comprimer la poudre de moulage contre les parois du raccord en T, l'accès du fluide à la poudre de moulage étant empêché par les joints toriques 20, 28, et les orifices serrés autour de cette vessie, prévus dans les chapeaux 16 pour le passage des branches de la 20 vessie. Après que la pression a été exercée pendant un laps de temps convenable, cette pression est supprimée et l'ensemble du moule est extrait de la cuve ou de l'autre récipient, les chapeaux 16, 22 et la vessie 14 étant ensuite enlevés. 25 Le raccord en T avec le revêtement comprimé peut alors être fritté de la manière normale. On a constaté qu'en utilisant des filetages comme décrit en regard de la fig. 1, on peut éviter la séparation du revêtement intérieur par rapport au tube pendant le frittage. 30 Si l'on se reporte maintenant aux ,fig. 3 à 6, on voit qu' on a représenté un raccord en T 30 en acier doux muni de brides 32, 34 et 36, les branches alignées du raccord en T (représentées verticalement sur les dessins) étant considérablement plus longues que la branche qui leur est perpendiculaire et qui, dans le 35 plan de la section droite visible sur la fig. 3, a une longueur égale à l'épaisseur de la bride 34. Les trois branches sont taraudées comme montré dans 38 pour recevoir des vis ou boulons 40. Sur la fig0 3, la vessie en caoutchouc 42, munie de trois branches, a été placée à l'intérieur du raccord en T et elle est 40 maintenue dans une position symétrique par rapport aux orifi ss 72 16670 7 2137702 46,48 des brides 34, 36 respectivement par des vessies terminales 50,52. Le but principal des vessies terminales est de permettre à la pression d'être transmise aux parties formant brides du polymère pendant la compression isostatique. Chaque vessie ter-5 minale comprend une partie annulaire qui est serrée sur la bride et une partie cylindrique qui rejoint la partie annulaire perpendiculairement au bord d'un orifice central. Les parties cylindriques ont le diamètre intérieur correct pour enserrer, supporter et former des joints avec les extrémités de la vessie 10 de formage 42. Des cales annulaires 54, 56 et 58 sont munies d'orifices centraux ayant une largeur supérieure à celle des alésages des branches respectives du tube 30 et sont munies de trous qui coïncident avec les taraudages 38 des brides de façon à recevoir les 15 boulons 40 pour permettre ainsi une fixation sur lesdites brides. Des joints toriques 60 sont prévus entre les cales et les brides pour assurer 1*étanchéité. Les cales ont pour but de ménager un espace de moulage pour les brides formées par la poudre de moulage en PTFE. Sous l'effet de la compression, les joints 20 toriques empêchent l'échappement du polymère à partir de l'ensemble et la pénétration de fluide pendant le moulage. Des flasques terminaux 64,66 sont, comme montré sur la fig. 3, boulonnés sur les brides 34, 36, les cales 56, 58 étant disposées entre les flasques terminaux et les brides, les vessies 25 terminales étant fixées par serrage entre ces flasques terminaux et les cales. Les parties annulaires des vessies terminales réali sent un joint entre les flasques terminaux et les cales. La cale 54 est fixée sur la bride supérieure 32 au moyen de boulons (non représentés). 30 "La vessie de formage 42 étant ainsi maintenue de façon sy métrique, l'espace ménagé entre cette vessie de formage et les parois du conduit 30 et les autres éléments est rempli avec de la poudre de moulage de PTFE, l'ensemble étant soumis à une vibration pour être sûr que l'espace, y compris celui dans lequel 35 les brides vont être formées à partir du PTFE, soit bien rempli et que la poudre soit comprimée. La surface de la poudre à la partie supérieure de la cale 54 est ensuite nivelée, les boulons maintenant temporairement la cale 54 sont enlevés, et une vessie terminale 68 analogue aux autres vessies terminales est adaptée 40 autour de l'extrémité'de la vessie de formage 42. Elle est ensui 72 16670 8 2137702 te fixée au moyen d'un flasque 70 analogue aux deux autres flasques et de boulons 40 comme montré sur la fig, 5» Le moule est ensuite placé dans un récipient sous pression convenable et une pression de fluide est exercée sur la vessie 42 et sur les ves-5 sies terminales 50,52, 68 pour comprimer la poudre de moulage contre la surface formant les parois du raccord en T et les brides 32, 34, 36» L'accès du fluide à la poudre de moulage est empêché par les joints toriques et les vessies terminales. Des trous 71 prévus dans les flasques permettent l'entrée du fluide 10 de façon à comprimer la poudre contre les brides 32, 34, 36 par l'intermédiaire des vessies terminales. Après l'application d'une pression pendant un laps de temps convenable, la pression est supprimée et l'ensemble du moule est extrait de la cuve ou de l'autre récipient, puis les flasques, 15 les cales et les vessies terminales sont enlevées. La vessie de formage 42 peut ensuite être extraite du raccord en T, ce qui laisse un revêtement intérieur comprimé mais non fritté qui s'étend au delà des extrémités des branches du raccord en T pour former des brides en contact avec les extrémités du conduit. 20 Le revêtement intérieur non fritté est indiqué en 72 sur la fig. 6, après le rognage ou l'ébarbage nécessaire des surfaces 74 orientées vers l'extérieur des brides 76 du revêtement, pour que ces surfaces soient parfaitement planes. Ceci est désirable avant le stade opératoire suivant du processus, qui est le stade 25 de frittage, afin de permettre un meilleur contact entre les brides et les plaques de serrage 78. L'ensemble utilisé pendant le frittage du revêtement intérieur est représenté sur la fig. 6. Des plaques de serrage 78 sont utilisées pour serrer légèrement les brides 76 du revêtement 30 intérieur sur les extrémités de chaque longue branche du raccord en T. Les plaques 78 présentent des trous qui permettent de les fixer par des boulons sur les brides 32, 36 du conduit comme montré. Une plaque 80 munie d'un trou central large 82 est utilisée pour serrer légèrement la troisième bride 76 du revêtement inté--35;:-rieur sur l'extrémité de la branche la plus courte du raccord en T (c'est-à-dire sur la bride 34 du conduit), des écrous 84 adaptés sur les boulons 86 engagés dans la bride 34 et traversant des trous de la plaque 80 étant utilisés pour maintenir cette plaque 80 contre la bride 340 Les plaques 78 et 80 empêchent l'expansion 40 longitudinale du revêtement pendant le frittage et le traitement 72 16670 9 2137702 thermique ultérieur. Un outil de repoussage 88 muni d'une extrémité hémisphérique 90 présente un bossage 92 qui est engagé dans un orifice 94 prévu dans une plaque de fixation 96. Cet outil est introduit 5 dans le bras le plus court du revêtement intérieur avant le frittage, pour venir en contact avec ce revêtement à l'extrémité du bras le plus court et empêcher toute déformation en ce point pendant le frittage, sous l'effet des contraintes exercées dans le PTFE dans les branches les plus longues du revêtement. 10 La plaque de fixation 96 présente des trous à travers les quels on peut engager des boulons 86 et cette plaque peut être serrée par Vissage sur la bride 34 du conduit au moyen des écrous 98. L'outil de repoussage présente une partie biseautée 100 s'engageant exactement dans l'alésage du revêtement, dans la partie 15 correspondant à la bride 76, et servant à diriger l'écoulement de la matière dans le PTFE pendant le frittage depuis l'intérieur du conduit vers l'extérieur, jusque dans la bride 76. L'extrémité incurvée 90 de l'outil se trouve au voisinage immédiat de la surface interne du revêtement intérieur, en face 20 de la bride 76, quand l'outil est en place, cette extrémité incurvée étant choisie de telle sorte que l'outil puisse prendre n'importe quelle orientation autour de son axe longitudinal, sans endommager cette surface du revêtement. Ce revêtement est ensuite fritté pendant un laps de temps 25 approprié et l'ensemble est refroidi brusquement en le plongeant dans l'eau froide. Tandis que les différentes plaques 'et l'outil de repoussage sont encore en place, le revêtement est erisuite soumis à une opération de suppression des contraintes, en réchauf fant l'ensemble jusqu'au-dessous du point de prise en gel du 30 PTFE et en permettant un refroidissement lent. Les plaques et l'outil de repoussage peuvent ensuite être enlevées et les opérations nécessaires d'ébarbage et de finition du revêtement en PTFE peuvent être assurées. On a constaté qu'en réalisant un clavetage entre le revê-35 tement intérieur et le conduit, sous la forme de brides prévues à l'extrémité du revêtement, on peut éviter toute séparation du revêtement par rapport au conduit du fait du frittage. Dans le cas de conduits de grande longueur, il peut être désirable de prévoir une surface bosselée sur les parties du conduit écartées 40 des extrémités, pour compléter l'action de clavetage fournie par 72 16670 10 2137702 les brides. D'autres modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits dans le domaine des équivalences techniques sans s'écarter de l'invention» 72 16670 2137702 REVENDICATIONS 1.- Procédé pour former une couche contenant du PTFE sur une surface d'une cavité dans un organe formant support, caractérisé en ce qu'on comprime une couche de poudre de moulage 5 contenant du PTFE contre la surface et on la fritte ensuite, un clavetage ou accrochage mécanique étant réalisé entre l'organe formant support et la couche au moins au voisinage des bords de cette surface. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce 10 que la poudre est comprimée par moulage isostàtique. 3o- Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le clavetage est réalisé en prévoyant des rainures ou des filets ou encore d'autres irrégularités dans la surface de la cavité et en moulant la matière de la couche dans ces 15 irrégularités. 4.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le clavetage mécanique est formé ou est complété en prolongeant la couche contenant du PTFE autour d'une partie de l'organe formant support, sur un bord de 20 la surface de la cavité, de façon à former une bride en contact avec l'organe formant support au niveau de ce bordo 5.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche se présente sous la forme d'un revêtement ou chemisage ménagé à l'intérieur 25 d'un conduit. 6.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, après le frittage, on refroidit rapidement l'organe formant support et la couche. 7.- Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce 30 que, après un refroidissement rapide, on réchauffe l'organe formant support et la couche jusqu'au-dessous du point de prise ^ en gel du PTFE et on laisse refroidir lentement. 8.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, pour former un revêtement à l'intérieur d'un 35 système de conduits ramifiés ayant une branche plus courte et deux ou plusieurs branches plus longues, caractérisé en ce qu'on maintient un outil de repoussage à l'intérieur de la branche plus courte pendant le traitement thermique. 9.- Conduit muni d'un revêtement intérieur en matière con— 40 tenant du PTFE, caractérisé en ce que ce revêtement est formé 72 16670 2137702 par une couche de matière contenant du PTFE qui a été moulée à partir de poudre à l'intérieur du conduit et qui est clavetée mécaniquement avec le conduit au moins au voisinage des extrémités de ce conduito 10.- Conduit suivant la revendication 9, caractérisé en ce que la couche s'étend au delà des extrémités du conduit pour former des brides en contact avec l'extrémité de ce conduit. 11.- Conduit suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le clavetage mécanique est réalisé par des irrégularités de surface prévues à l'intérieur du conduit, avec lesquelles la matière contenant du PTFE réalise une venue en prise mécanique.