Brevet FR2111818A1 — publié le 19720609

La présente invention concerne un procédé et un appareil pour fabriquer un manchon, en particulier un manchon de grand diamètre en matière thermoplastique, servant à relier définitivement les extrémités de tubes en matière thermoplastique, dans la paroi in-5 terne duquel est enrobé un bobinage de fil chauffant pouvant être raccordé à une source de courant électrique. De tels manchons de soudage sont employés pour relier définitivement les uns aux autres des tubes de matière thermoplastique, par exemple au lieu même de l'utilisation des tubes ou des conduites, 10 d'une manière simple et applicable même par des ouvriers non spécialisés. Cela consiste à insérer les extrémités des tubes à relier dans le manchon de soudage et à brancher un courant électrique au bobinage de fil chauffant du manchon, de sorte que les tubes introduits dans le manchon et le manchon lui-même se ramollissent et 15 fondent aux surfaces soumises au chauffage, et que les parties assemblées les unes dans les autres sont solidement soudées ensemble après coupure du courant et refroidissement. La technique connue jusqu'ici pour fabriquer de tels manchons est le procédé de moulage par injection, qui comporte toutefois 20 quelques difficultés économiques et techniques. Dans toutes les réalisations actuelles, le bobinage de fil est entouré de la matière thermoplastique par injection, et il s'oppose lors du refroidissement à la contraction de la matière plastique qui l'entoure. Ainsi prend naissance dans la matière plastique -si celle-25 ci n'est pas détruite par relâchement- une tension périphérique, qui conduit par chauffage approprié du bobinage à une pénétration -limitée, il est vrai- du thermoplaste ramolli entre les spires du bobinage interne de résistance. Il est ainsi possible de rattraper de faibles différences de diamètre entre tube et manchon, et d'obte-30 nir simultanément une pression favorable au soudage du tube et du manchon. Mais on a constaté que pour les grands diamètres de tube, les tolérances de diamètre admissibles ne peuvent plus être parfaitement dominées par le mécanisme décrit ci-dessus. 35 La présente invention, entre autres avantages sur le procédé par injection usuel utilisé aujourd'hui, rend possible d'obtenir des manchons à tensions périphériques notablement plus grandes, qui permettent par suite de rattraper des tolérances de diamètre plus grandes avec une pression de soudage suffisante. 40 Des tubes reliés par des manchons de soudage électrique peuvent, 71 38081 2 2111818 suivant le dimensionnement du tube et du manchon, défaillir quand la contrainte augmente. Si la défaillance se produit dans le manchon, il se forme, en raison de l'action d'entaille du bobinage interne, et même de la seule contrainte de la pression interne, une crevasse per-5 pendiculaire à l'axe du tube, et donc non orientée suivant la direction de contrainte maximale du tube. Il est connu que la solidité à long terme et la sensibilité à l'entaille des types injectables de polyéthylène sont notablement plus faibles que celles des polyéthylènes à poids moléculaire élevé ^0 convenant à l'extrusion. Pour éliminer les inconvénients décrits, il est proposé,suivant l'invention,de fabriquer le manchon de soudage électrique à partir de thermoplastes appropriés au façonnage par extrusion, et par le procédé consistant à enrouler une bande chaude de matière thermoplastique sortant d'une buse d'extrusion à fente 15 large autour du bobinage de fil chauffant maintenu par un mandrin mis en rotation, après quoi, après obtention de l'épaisseur voulue de la paroi du manchon, la bande est coupée, les tranches d'extrémité du manchon sont éventuellement bordées, et le manchon est retiré du mandrin. 20 II est recommandé d'étirer la bande thermoplastique en direction longitudinale, et pour cela, la vitesse de sortie de la bande hors de la buse à fente large est réglée plus faible que la vitesse périphérique du mandrin à recouvrir par enroulement. Pour fabriquer simultanément plusieurs manchons, on entoure la 25 bande en spirale sur un mandrin garni du nombre correspondant de bobinages de fil chauffant, la largeur de la bande, son épaisseur et le déplacement axial déterminant l'épaisseur totale de la couche de matière plastique. Quand on fabrique un seul manchon, il est avantageux de choisir 30 une bande sortant de la buse à fente large'dont la largeur après l'étirage dépasse légèrement celle du mandrin à envelopper, le mandrin exécutant alors seulement -un mouvement de rotation. En effectuant l'enroulement avec une bande plus épaisse au milieu et plus mince aux extrémités, on obtient aussi, par le procé-35 dé de l'invention, la répartition habituelle d'épaisseur de paroi dans le manchon. Cela peut aussi résulter du fait que pendant 1'enveloppement du mandrin pourvu d'un bobinage de fil chauffant, on augmente le degré d'étirage de la feuille et, par suite, on diminue sa largeur. 40 II y a lieu de mentionner qu'une diminution des tensions dans la section exposée par épaississement de la paroi terminale du 71 38081 3 2111818 manchon -en particulier dans le cas de pièces assez lourdes- peut être exécutée selon le procédé de l'invention plus économiquement que dans le moulage par injection. le procédé apporte encore une autre possibilité d'améliorer le 5 comportement à long terme par "enveloppement" d'éléments de renforcement. Pour ne pas gêner l'opération de soudage précédemment décrite, lors de laquelle un intervalle entre tube et manchon est comblé par contraction du manchon, les éléments de renforcement doivent être rigides en direction longitudinale seulement, et au contraire 10 "mous" en direction périphérique. Gela est obtenu-suivant une caractéristique de 1'invention,nar le fait que dans les couches du manchon sont envelov..'es d'éléments de renforcement axiaux, en forme de baguettes, répartis sur le pourtour du manchon, qui présentent un module d'élasticité plus élevé et une dilatation thermique plus 1 5 faible que la matière du manchon, par exemple des baguettes de résine époxy renforcée de fibre de verre. Ces baguettes peuvent, avant leur mise en place, être encore mouillées avec de la résine liquide. Il est avantageux d'assembler avant leur enveloppement les baguettes, qui peuvent aussi être profilées, à la façon d'une 20 échelle de corde. Dans le cas de thermoplastes susceptibles de s'altérer après un long stockage et donc de donner des difficultés au soudage, on peut choisir une construction à plusieurs couches de l'enroulement de matière plastique, dans laquelle on introduit à l'intérieur, 25 c'est-à-dire immédiatement sur le bobinage de fil, un produit hautement stabilisé ou bien une matière d'un comportement particulièrement favorable quant à la sensibilité à l'entaille ou à l'aptitude au soudage, tandis que la couche extérieure consiste en un produit à poids moléculaire très élevé et à relâchement relativement 30 faible. Dans le cas de polyéthylènes à basse pression, les types dont le poids moléculaire atteint ou dépasse 90 000 conviennent à cet effe+. La construction à deux couches peut être effectuée par enveloppement immédiatement successif du mandrin avec les deux bandes de matière plastique sortant chacune de sa propre buse "à 35 fente large ; mais elle peut aussi être exécutée avec une seule buse à fente large, alimentée par deux extrudeuses et permettant la fabrication d'une bande à deux couches. Il est déjà connu et apprécié de revêtir le fil de résistance, avant son application, de la matière plastique constituant le man-40 chon, ou tout au moins d'un produit de soudage analogue à celle-ci, 71 38081 4 2111818 l'épaisseur de ce revêtement pouvant être d'environ la moitié de l'épaisseur du fil. L'obliquité de ce fil revêtu sur le mandrin de bobinage doit être dans la gamme de 2 à 5 fois le diamètre, de préférence 3 fois le diamètre. L'obliquité peut aussi être imposée, 5 d'une façon connue, en enroulant simultanément un fil constitué en une matière qui ne se soude pas avec la matière plastique du manchon, et que l'on retire après l'étape de fabrication proprement dite du manchon. Pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, il est 10 proposé, selon les autres caractéristiques, d'utiliser un mandrin de bobinage présentant un dispositif de maintien du bobinage de fil chauffant, qui consiste en deux bandes d'acier amovibles, enroulées chacune autour d'une extrémité du mandrin, dont les extrémités sont recourbées et s'engagent dans une rainure longitudinale du mandrin, 1 5 et qui présentent chacune sur son côté externe une saillie en forme d'ergot servant à fixer l'une des extrémités conformée en cosse du bobinage de fil chauffant. Le mandrin est avantageusement constitué en deux moitiés assemblées de façon amovible, l'une des moitiés étant pourvue d'une sail-20 lie en forme de tenon et s'engageant dans une cavité conformée de façon correspondante de l'autre moitié, et la saillie en forme de tenon servant à recevoir un anneau de butée pour les extrémités du tube, fabriqué à l'avance, et destiné à être enveloppé par la bande thermoplastique. 2 5 Un exemple de réalisation de l'invention est représenté sur le dessin, dans lequel : Les figures 1 et 2 représentent le mandrin d'enroulement en élévation latérale et en élévation frontale ; Les figures 3 et 4 sont des représentations schématiques en 30 élévation latérale et en coupe frontale illustrant le procédé ; La figure 5 montre tin détail de la buse d'extrusion pour la fabrication d'une bande composée de deux couches ; et La figure 6 montre un mandrin d'enroulement divisé en deux moitiés. 35 Sur un noyau 2 de 200 mm de diamètre et long de 150 mm, pourvu d'une rainure longitudinale 1 et chauffé au préalable à 150°C environ, on place à chacune de ses deux extrémités un feuillard d'acier 3, dont les extrémités recourbées 4 sont introduites dans la rainure longitudinale 1, et qui se trouve ainsi fixé. Sur chaque 40 feuillard, une saillie 5 en forme d'ergot d'environ 6 mm de diamè- 71 38081 5 2111818 tre sert de point de fixation pour une extrémité du fil de résistance, garnie d'une cosse métallique non isolée. Le noyau peut être constitué de deux moitiés pouvant être fixées ensemble sans possibilité de tourner. Le bobinage du noyau avec le fil de chauffage est 5 effectué à la machine avec une obliquité prédéterminée. Plusieurs noyaux pourvus chacun d'un bobinage de fil de chauffage peuvent être assemblés par vissage pour l'enroulement par la bande de matière plastique. Ce noyau donnant plusieurs manchons est adapté sur un dispositif 6 de rotation et d'avance, représenté de façon seule-10 ment schématique aux figures 3 et 4. Le dispositif 6 se trouve sous une buse à large fente 7 de 350 mm de largeur et 1 mm d'épaisseur, alimentée par une extrudeuse 8 non représentée. La bande de poly-éthylène à basse pression,de poids moléculaire 100 000, qui sort de la buse est enroulée en plusieurs couches, avec l'aide d'un rou-15 leau presseur 9, et avec une vitesse périphérique double de sa vitesse de sortie de la buse à large fente, jusqu'à obtention de l'épaisseur de couche totale du corps de polyéthylène nécessaire dans chaque cas à la garniture prévue. Comme on l'a déjà dit, il est possible d'opérer avec le même 20 succès en enroulant, sans avance axiale sur un noyau isolé, une bande thermoplastique de largeur appropriée. Plusieurs noyaux peuvent être disposés sur un tour, de façon à permettre une opération d'enroulement ininterrompue, avec échange du noyau. Après cette passe de travail, le manchon est, s'il le faut, 25 bordé à droite et à gauche, refroidi, repoussé du noyau d'enroulement, et les feuillards d'acier qui restent dans le manchon avec les ergots de fixation pour le bobinage sont retirés par 1'intérieur. Les emplacements précédemment occupés par les ergots servent après perforation de la paroi du manchon à amener le courant, 30 On a constaté qu'en soudant un tel manchon, on peut obturer entre le tube et le diamètre intérieur du manchon un intervalle à peu près deux fois aussi grand qu'avec des manchons analogues moulés sous pression, et qu'en outre, ces manchons possèdent un comportement à long terme considérablement amélioré. 35 Dans une forme de réalisation préférée,illustrée par la figure 6, le manchon est pourvu d'un anneau interne de butée 11. Cela est obtenu du fait que l'on place entre les deux parties d'un noyau d'enroulement 12, divisé en son milieu, un anneau de butée fabriqué à l'avance et que, par ailleurs, on continue à opérer comme précé-40 demment décrit. L'anneau de butée peut être constitué en la même 71 38081 6 2111818 matière plastique que le reste du raccord, ou pour des raisons de fabrication en une autre matière plastique. Si l'on désire que la surface de l'anneau de butée, qui est dirigée vers l'extérieur après son insertion dans le mandrin d'en-5 roulement divisé, soit bombée, il est recommandé de n'exécuter le bobinage à obliquité normale que jusqu'à l'anneau de butée, et de bobiner sur l'anneau lui-même une gorge prévue à cet effet avec une obliquité augmentée. Pour la fabrication de manchons en différentes couches de 10 matière, il est recommandé d'utiliser un appareil à large fente 13 de type connu (voir figure 5),qui est alimenté en des matières différentes t4 et 15 par deux extrudeuses non représentées ; ces matières s'unissent à l'intérieur de la tête d'extrusion en une feuille complexe 16. Pour fabriquer un manchon à deux couches, les 15 extrudeuses alimenteuses sont entraînées l'une après l'autre et en se recouvrant l'une l'autre. 71 38081 7 ' „ 2111818 REVENDICATIONS 1.- Procédé pour fabriquer un manchon en matière thermoplastique servant à relier définitivement les extrémités de tubes en matière thermoplastique, dans la paroi interne duquel manchon est 5 enrobé un bobinage de fil chauffant pouvant être raccordé à une source de courant électrique, caractérisé en ce qu'une bande chaude de matière thermoplastique sortant d'une buse d'extrusion à fente large est enroulée sur le bobinage de fil chauffant maintenu par un mandrin mis en rotation, et qu'après obtention de l'épaisseur 10 voulue de la paroi du manchon, la bande est coupée et le manchon est retiré du mandrin, éventuellement après bordage de ses tranches d'extrémité. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pendant l'enroulement, la bande thermoplastique est étirée en direc- 1 5 tion longitudinale, et que pour cela, la vitesse de la bande sortant de la buse est réglée pour être inférieure à la vitesse périphérique du mandrin. 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la largeur de la bande étirée est égale ou supérieure à 20 la longueur du bobinage de fil. 4.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mandrin, qui tourne en portant éventuellement plusieurs bobinages de fil chauffant, est, en outre, déplacé axiale-ment pendant l'enroulement, et en ce que l'épaisseur de l'enroule- 2 5 ment est adaptée aux exigences de chaque cas au moyen dudit dépla cement axial. 5.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bande thermoplastique est pressée pendant l'enroulement sur la périphérie du bobinage de fil chauffant ou sur la 30 couche déjà enroulée, au moyen par exemple de rouleaux ou équivalents. 6.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bobinage de fil chauffant est recouvert par enroulement de deux couches superposées, la couche intérieure tour- 35 née vers le bobinage de fil chauffant étant constituée en une matière plastique fortement stabilisée ou en une matière plastique à faible sensibilité à l'entaille, telle qu'un copolymérisat du polyéthylène, et la couche extérieure étant constituée en une na-tière plastique à poids moléculaire élevé, par exemple en polyéthy- 40 lène à basse pression ayant un poids moléculaire supérieur à 90000. " 38081 * 2111818 7.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans les couches du manchon sont enroulés des éléments axiaux de renforcement en forme de "baguettes, répartis sur le pourtour du manchon, et présentant un plus haut module d'élasti-5 cité et une plus faible dilatation thermique que la matière du manchon, par exemple des baguettes de résine époxy renforcée de fibres de verre. 8.- Mandrin pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il présente un disposi- 10 tif de maintien du bobinage de fil chauffant, qui consiste en deux bandes d'acier amovibles, enroulées chacune sur l'une des extrémités du mandrin, ayant leurs extrémités recourbées et engagées dans une rainure longitudinale du mandrin, et présentant chacune sur sa face externe une saillie en forme d'ergot qui sert à fixer une 15 extrémité conformée en cosse du bobinage de fil chauffant. 9.- Mandrin selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il est constitué en deux moitiés assemblées de manière amovible, l'une des moitiés étant pourvue d'une saillie en forme de tenon et s'engageant dans une cavité de forme correspondante de l'autre moitié, 20 et en ce que ladite saillie en forme de tenon sert à porter un anneau de butée pour les extrémités du tube, ledit anneau de butée étant destiné à recouvrir par enroulement de la bande thermoplastique.