Brevet FR2197711A1 — publié le 19740329

La présente invention se rapporte à un procédé pour produire un tuyau conique en résine synthétique renforcée et concerne plus particulièrement un procédé pour produire un tuyau de ce genre renforcé par des fibres et/ou des fils métalliques. Un procédé classique pour produire des tuyaux de résine s nthétique renforcée consiste à enrouler des fibres de verre imprégnées d'une résine synthétique à l'état semi-solide autour d'un mandrin conique de manière à former des couches multiples qu'on laisse durcir. Toutefois, ce procédé a le défaut de nécessiter des étapes supplémentaires de finition de la surface et, en outre, a l'inconvénient que la résistance du tuyau conique ainsi obtenu est affectée par l'irrégularité d'imprégnation de la résine synthétique. De plus, quand il est nécessaire que l'épaisseur du sommet du tuyau conique soit différente de celle de sa base, l'enroulement des couches de fibres de verre devient une opération délicate.En conséquence, il a été difficile jusqu'à présent de produire un tuyau conique de résine synthétique renforcée de bonne qualité par ce procédé traditionnel lequel, de surcroît, demande beaucoup de temps. L'un des buts de la présente invention est de fournir un procédé simple et économique pour produire un tuyau conique en résine synthétique renforcée de haute qualité. Le procédé conforme à la présente invention permet de produire un tuyau conique en résine synthétique renforcée en enroulant un ruban ou un fil de fibres de verre autour d'un mandrin conique, en introduisant l'ensemble dans un moule conique, puis en retirant seulement le mandrin, en introduisant le moule dans un appareil de rotation, en versant une résiDe synthétique thermodurcissable à l'état liquide dans le moule, en inclinant le moule d'un angle prédéterminé par rapport à l'horizontale et en le faisant tourner à une vitesse prédéterminée. Le procédé qui fait l'objet de l'invention permet de produire un tuyau conique en résine synthétique renforcée muni d'une plaque de base en fixant un cadre destiné à former cette plaque de base à l'extrémité du mandrin conique qui a le plus grand diamètre, et en répétant les étapes ci-dessus. Le procédé de l'invention permet également de produire un tuyau conique incurvé ou cintré en résine synthétique renforcée en enroulant un ruban ou un fil de fibres de verre autour d'un mandrin conique, en introduisant l'ensemble dans un moule conique flexible, puis en retirant seulement le mandrin, en in Lroduisant le moule dans un appareil de rotation, en versant une résine synthétique thermodurcissable, à l'état liquide, dans le moule, en inclinant ledit appareil de rotation d'un angle prédéterminé sur l'horizontale et en le faisant tourner à une vitesse prédéterminée, en retirant le moule flexible de l'appareil de rotation avant que la résine synthétique thermodurcissable se soit durcie puis en le courbant à une forme prédéterminée et en le fixant dans un montage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple nullement limitatif, en référence au dessin annexé, dans lequel: - les figures 1A à 1F illustrent schématiquement les étapes successives de la fabrication d'un tuyau conique en résine synthétique renforcée conformément à la présente invention; - la figure 2 est une vue latérale schématique d'un appareil pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention; - la figure 3 est une coupe latérale suivant la ligne 111-111 de la figure 2; - la figure 4 est une vue schématique avec arrachement d'un appareil de rotation utilisé pour la mise en pratique du procédé de la présente invention; - la figure 5 est une vue latérale en coupe suivant la ligne V-V de la figure 4;; - les figures 6A à 6C sont des graphiques illustrant la relation entre la vitesse de rotation et l'angle d'inclinaison de l'appareil de rotation et l'épaisseur du tuyau de résine synthétique; - les figures 7 à 10 représentent schématiquement les étapes successives de la fabrication d'un tuyau conique en résine synthétique renforcée comportant une plaque de base conformément à la présente invention; et, - la figure 11 est une vue schématique illustrant une étape de production d'un tuyau conique coudé en résine synthétique renforcée conformément à l'invention. On va décrire maintenant plus en détail le procédé de la présente invention en se référant aux diverses figures du dessin annexé, Sur la figure 1, on voit que la production d'un tuyau conique comprend les étapes suivantes: on enroule une matière de renfort (par exemple un ruban et/ou un fil de fibres de verre) en hélice, en formant un certain nombre de couches autour d'un mandrin 1 ayant une forme conique prédéterminée afin de produire un noyau 3 de matière de renfort ayant cette forme prédéterminée (figures 1A et 1B); on introduit le mandrin 1 portant le noyau 3 de matière de renfort dans un moule ayant une forme conique prédéterminée (figure 1C); on retire le mandrin 1 seul, laissant le noyau 3 dans le moule 4 (figure 1D);; on introduit le moule 4 contenant le noyau 3 de matière de renfort dans un appareil de rotation 5 et on y verse une quantité prédéterminée de résine synthétique thermodurcissable à l'état liquide (figure 1E), on incline l'appareil 5 d'un angle prédéterminé de façon que l'extrémité du moule 4 ayant le plus petit diamètre soit en bas et on fait effectuer à l'appareil de rotation un nombre de tours prédéterminé (figure 1F), après quoi, on retire le tuyau durci et formé du moule 4 (cette étape n'a pas été représentée). Le mandrin 1 peut être un cône métallique d'usage courant et comporte, de préférence, à sa surface, un certain nombre de broches rétractables pour empêcher les fibres ou filaments de verre de glisser. Un bobinoir classique peut être utilisé pour enrouler la matière de renfort autour du mandrin 1. Le moule 4 peut être constitué par un tuyau conique métallique ordinaire mais, étant donné qu'il est appelé à tourner à une vitesse élevée, il est préférable qu'il soit d'une matière aussi légère et résistante que possible, telle que l'aluminium, le duralumin, une résine synthétique renforcée, etc... Comme exemples de résines synthétiques thermodurcissables, on peut citer les résines de polyester insaturées, les résines époxydes, les résines phénolformaldéhyde, les résines de mélamine-formaldéhyde et les résines de polyimide. La résistance du tuyau peut être augmentée en y incorporant des agrégats finement broyés, tels que des résines synthétiques. N'importe quel appareil de rotation capable de supporter un corps relativement long dans une position légèrement inclinée sur l'horizontale et de le faire tourner convient. En conséquence un tour classique ou tout autre machine analogue peut être utilisé. En particulier, il est préférable que cette machine soit pourvue d'un mécanisme pour régler sa vitesse de rotation et pour ajuster verticalement la table supportant le corps rotatif. On va décrire maintenant un exemple d'un appareil conçu pour la mise en pratique de la présente invention en se référant aux figures 2 à 5. Les figures 2 et 3 montrent schématiquement un appareil pour enrouler les fibres ou de "guipage". Un certain nombre de dispositifs de guipage 20 (dont deux seulement ont été représentés sur le dessin) sont disposés en série, le mandrin 1 étant enfilé à travers leur centre Le dispositif de guipage 20 comprend un tambour rotatif 21 et des bobines d'alimentation 22 supportant la matière de renfort, qui sont fixées à la face intérieure du tambour, lequel est supporté à-rotation par des galets 23a, 23b et 23#. Les galets 23a sont montés sur un arbre 24 qui est entraîné par un moteur 25. Quand l'arbre 24 tourne, les galets 23a entraînent le tambour 21 dans la direction indiquée par une flèche, de sorte que la matière de renfort 2 des bobines 22 s'enroule autour du mandrin 1. Aux deux extrémités du mandrin 1 sont fixés des cordages 26, 27. L'une des extrémités de la corde 26 s'enroule autour d'un dévidoir 28, tandis que l'extrémité de la corde 27 s'enroule autour d'un second dévidoir 29 après avoir traversé le moule 4. Les dévidoirs 28 et 29 sont entraînés par un moteur 25 au moyen d'un engrenage de transmission approprié 30. Pendant que les matières de renfort 2 s'enroulent autour du mandrin 1, celui-ci ne tourne pas mais est simplement tiré lentement par la corde 27 dans la direction de la flèche (vers la gauche selon la figure 2). En conséquence, les matières de renfort 2 s'enroulent en hélice autour du mandrin 1. Quand cette opération est achevée, le mandrin 1, complètement entouré des matières de renfort, est tiré énergiquement à l'intérieur du moule 4 par la corde 27.De ce fait, le noyau 3 formé par les matières de renfort, vient s'appliquer étroitement contre la face intérieure du moule 4. Des broches (non représentées) prévues à la surface du mandrin 1 sont rétractées à l'intérieur de celui-ci, après quoi le mandrin 1 est tiré en arrière, vers la droite selon la figure 2, par la corde 26 jusqu'à ce qu'il soit revenu à sa position de départ, laissant ainsi le noyau 3 formé par les matières de renfort à l'intérieur du moule 4. Après avoir retiré la corde 27 du moule 4, on monte ce dernier dans l'ap pareil de rotation décrit ci-après. Les figures 4 et 5 montrent schématiquement la construction d'un appareil de rotation 40. L'appareil de rotation 40 comporte un long corps tubulaire 5 supporté à rotation, dans une position horizontale, par des galets 42, 43 et 44. Les galets 42 sont fixés à un arbre 46 qui est entraîné par un moteur 47 au moyen d'une transmission appropriée (non représentée). L'arbre 46 et le moteur 47 sont montés sur une plaque d'assise 45 qui est pourvue d'un capot 48 pour couvrir le corps de rotation 5. La plaque d'assise 45 est montée à rotation autour d'un pivot 49 sur un support 50a L'extrémité de droite de la plaque d'assise 45 est supportée par un support 50b de façon à l'empêcher de basculer sur le côté, et est également supportée par un mécanisme à broche filetée 51 de façon à se déplacer verticalement. L'extrémité de gauche de la plaque 45 est supportée par un support 50c qui l'em- pêche de basculer latéralement. En tournant la manivelle 52 du mécanisme 51, la plaque d'assise 45 peut être tournée dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens opposé autour du pivot 49. Le fonctionnement de l'appareil de rotation 40 est le suivant: d'abord, on ferme l'une des extrémités du moule 4 et du corps de rotation 5 (par exemple, l'extrémité du moule 4 ayant le plus petit diamètre) au moyen d'un couvercle approprié (non représenté) puis on tourne la manivelle 52 de façon à élever l'autre extrémité du moule 4 et du corps 5 (par exemple, l'extrémité du moule 4 ayant le plus grandyf#amètre) à un angle convenable, puis on verse une résine thermodurcissable à l'état liquide dans cette autre extrémité qu'on ferme ensuite par un couvercle approprié (non représenté). Ensuite, on met en marche le moteur 47 et la tr#ansmission (non représentée), puis on règle la manivelle 52 pour établir la vitesse désirée du corps de rotation 5 et l'angle (O ) de celuici par rapport à l'horizontale. Il y a beaucoup de manières différentes pour verser la résine synthétique dans le moule, la plus simple consistant à la transvaser directement de son récipient dans celui-ci. Après avoir introduit la résine, on fait pivoter verticalement le moule contenant le corps de rotation tout en tournant lentement pour accélérer la distribution de la résine. Quand le tuyau conique à produire est relativement court (2-5 m), un jet peut être fixé à l'extrémité du tuyau, de sorte que le jet projetant la résine synthétique se déplace dans le moule en tournant à faible vitesse. La Demanderesse a constaté que quand on maintient l'axe central du corps 5 horizontal pendant la rotation, la résine synthétique contenue dans celui-ci a tendance à refluer vers l'extrémité ayant le plus grand diamètre. Cette tendance augmente avec la vitesse de rotation. Il en résulte un tuyau conique dont l'épaisseur est plus forte à sa partie de grand diamètre et qui s'amincit vers l'extrémité de petit diamètre. Pour produire un tuyau conique d'épaisseur uniforme, l'axe du corps de rotation 5 doit être incliné d'un angle 9 tique l'extrémité de grand diamètre de ce corps soit plus haute que l'autre. L'angle d'inclinaison 9 le mieux adapté doit etre déterminé expérimentalement en fonction de la longueur du tuyau, de son angle de conicité, de la structure de la matière de renfort, de la viscosité de la résine synthétique et de la vitesse de rotation. Une équation empirique exprimant la relation entre ces divers facteurs ressortira d'un certain nombre d'expériences.Un nombre limité d'expériences faites par la Demanderesse lui ont montré que la longueur du tuyau, l'angle de conicité G et la vitesse de rotation n sont les paramètres principaux déterminant l'angle d'inclinaison 9. Les figures 6A-6C montrent les résultats expérimentaux concernant la relation entre l'angle de conicité I, la vitesse de rotation n, l'angle d'inclinaison 9 et l'épaisseur t du tuyau. En se référant à la figure 6A, on voit que quand l'angle de conicité R et la vitesse de rotation n sont maintenus constants, l'épaisseur du tuyau conique a tendance à augmenter au sommet et à diminuer à la base avec l'angle 9. En conséquence, le point d'intersection P des courbes A et B correspond à l'égalité d'épaisseur des deux extrémités du tuyau. Cette situation est obtenue avec un angle d'inclinaison optimal 9 , l'épaisseur optimale du tuyau étant t o o Sur la figure 6B on voit que quand on maintient constants l'angle de conicité . et l'angle d'inclinaison 9 et qu'on augmente la vitesse de rotation n, l'épaisseur du tuyau conique a tendance à augmenter vers la pointe et à diminuer vers la base. On peut déduire de ce fait qu'il existe une vitesse de ro tation optimale n pour laquelle l'épaisseur du tuyau est égale aux deux o extrémités. La figure 6C montre la relation entre la vitesse optimale n et l'angle o d'inclinaison optimal 9 o pour laquelle l'épaisseur du tuyau est égale aux o deux extrémités, l'angle de conicité A étant maintenu constant. La figure 6C montre aussi que quand la vitesse de rotation augmente, l'angle d'inclinaison doit aussi être augmenté. On sait que la force centrifuge est proportionnelle au carré de la vitesse de rotation et au rayon de rotation. En conséquence, il est clair qu'une augmentation de la vitesse de rotation se traduit par une augmentation de la force centrifuge, ce qui a pour effet de faire pénétrer la résine synthétique dans la matière de renfort. Inversement, lorsque la vitesse de rotation diminue, la force centrifuge décroît aussi en diminuant la pénétration de la résine dans la matière de renfort avec formation de bulles. Cette tendance est plus forte vers la partie du tuyau dont le diamètre est plus petit. L'expérience montre qu'aucune bulle ne se forme quand la vitesse périphérique de la partie ayant le plus petit diamètre est égale ou supérieure à 350 m. Comme il a été expliqué ci-dessus, l'épaisseur du tuyau conique peut être réglée suivant le besoin en agissant sur les couches de matière de renfort, sur l'angle d'inclinaison 9 de l'axe central du corps de rotation ou sur la vitesse de rotation n de ce dernier. Lorsque ce tuyau est utilisé comme poteau télégraphique, pour supporter des lampes d'éclairage ou des panneaux publicitaires, ou encore comme mât de bateau ou de drapeau, etc.., son extrémité inférieure doit être fixée sur une base. Pour faciliter ce travail, une plaque de base peut être préformée d'une pièce avec le tuyau de résine synthétique renforcée. En conséquence, pour produire un tuyau de résine synthétique renforcée comportant une telle plaque de base, on fixe à l'extrémité du mandrin 1, un cadre 6 ayant un diamètre relativement grand, comme le montre la figure 7. Ensuite, on enroule la matière de renfort 2 autour du mandrin 1, comme il a été décrit ci-dessus (figure 1A) et on introduit le mandrin 1 dans un moule 8 dont l'extrémité 7 est agrandie de façon à pouvoir recevoir le cadre de base (figure 8), puis on procède comme il a été décrit ci-dessus. Le cadre de base 6 peut être en un métal quelconque et peut être enlevé après la formation de la plaque de base; en variante, ce cadre pourrait être d'une matière telle que des fibres de verre ou en une matière cellulaire différente et pourrait rester dans le tuyau après la formation de la plaque de base, Lorsqu'on utilise un moule comportant, par exemple, une plaque de base comme représente sur la figure 9, le cadre de base 6 peut rester dans le noyau 3 de matière de renfort, comme représenté sur la figure 10, en rabattant la matière de renfort 2 de façon à couvrir le fond du cadre de base 6. Lorsqu'on utilise le poteau comme lampadaire ou pour supporter un panneau publicitaire, il est souvent nécessaire de recourber son extrémité supérieure. Pour produire un tuyau ainsi recourbé, on utilise un moule flexible 12, tel que celui de la figure 11. Le moule 12 est formé d'une matière flexible, par exemple de caoutchouc, de résine synthétique ou de tissu caoutchouté , dans lequel sont encastrés des fils métalliques rigides 13, tels que des cordes à piano. Le moule flexible 12 remplit la même fonction que le moule 4 décrit en regard de la figure 1. Il est préférable de prévoir des moyens de support appropriés car le moule flexible 12 se déforme parfois pendant l'introduction ou l'enlèvement du mandrin 1. D'une manière analogue à celle décrite en regard de la figure 1F, on introduit le moule flexible 12 dans le corps 5 et on fait tourner cet ensemble, puis quand la résine synthétique liquide a imprégné le noyau 3 de matière de renfort suffisamment et uniformément, et que cette résine s'est convenablement durcie, on retire le moule flexible 12 du corps de rotation 5 et on le fixe, en le déformant convenablement au moyen d'un montage (non représenté). Quand la résine synthétique est prise, on enlève le moule flexible 12 du montage, et on retire le tuyau courbé ainsi formé du moule flexible 12. Ce tuyau courbé pourrait aussi être pourvu de la plaque de base décrite ci-dessus. Du fait que la présente invention utilise la force centrifuge due à la rotation, la résine synthétique se répartit uniformément à la surface du tuyau conique et aucune opération de finition de surface n'est nécessaire. Lorsqu'on utilise un pigment ayant une plus grande densité mélangé à la résine synthétique, ce pigment est propulsé par la force centrifuge jusqu'à la surface du tuyau et colore uniformément celle-ci. De plus lorsque la surface intérieure du moule comporte des gravures ou des dessins, la matière de renfort est déformée par ces dessins et, en conséquence, on obtient un tuyau conique droit ou courbé présentant divers dessins et/ou comportant une plaque de base. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées aux exemples représentés et décrits sans sortir pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour produire un tuyau conique en résine synthétique renforcée, caractérisé en ce qu'il consiste: à enrouler en hélice une matière de renfort de manière à former un certain nombre de couches autour d'un mandrin ayant une forme conique prédéterminée afin de produire un noyau de matière de renfort de forme correspondante; à introduire le mandrin portant le noyau de matière de renfort dans un moule ayant une conicité prédéterminée; à retirer seulement le mandrin du moule en y laissant le noyau de matière de renfort; à introduire le moule contenant le noyau de matière de renfort dans un appareil de rotation et à verser une quantité prédéterminée de résine synthétique thermodurcissable à l'état liquide dans le moule; à incliner l'appareil de rotation par rapport à l'horizontale d'un angle prédéterminé et à le faire tourner à une vitesse prédéterminée; et, à retirer le tuyau durci et formé de ce moule. 2.- Procédé pour produire un tuyau conique en résine synthétique renforcée comportant une plaque de base, caractérisé en ce qu'il consiste: à fixer un cadre pour former cette plaque de base à l'extrémité d'un mandrin conique ayant le plus grand diamètre; à enrouler en hélice une matière de renfort de manière à former un certain nombre de couches autour d'un mandrin ayant une forme conique prédéterminée afin de produire un noyau de matière de renfort de forme correspondante; à introduire le mandrin portant le noyau de matière de renfort dans un moule ayant une conicité prédéterminée; à retirer seulement le mandrin du moule en y laissant le noyau de matière de renfort; à introduire le moule contenant le noyau de matière de renfort dans un appareil de rotation et à verser une quantité prédéterminée de résine synthétique thermodurcissable à l'état liquide dans le moule;; à incliner l'appareil de rotation par rapport à l'horizontale d'un angle prédéterminé et à le faire tourner à une vitesse prédéterminée; et, à retirer le tuyau durci et formé de ce moule. 3.- Procédé pour produire un tuyau conique incurvé ou coudé en résine synthétique renforcée, caractérisé en ce qu'il consiste à enrouler en hélice une matière de renfort en un certain nombre de couches autour d'un mandrin ayant une conicité prédéterminée afin de former un noyau de matière de renfort de forme correspondante; à introduire le mandrin avec la matière de renfort qu'il porte dans un moule flexible ayant une conicité prédéterminée; à retirer seulement le mandrin du moule flexible en y laissant le noyau de matière de renfort; à introduire le moule flexible renfermant le noyau de matière de renfort dans un appareil de rotation et à verser une quantité prédéterminée d'une résine synthétique thermodurcissable liquide dans ce moule flexible;; à incliner l'appareil de rotation par rapport à l'horizontale d'un angle prédéterminé et à le faire tourner à une vitesse prédéterminée; à enlever le moule flexible de l'appareil de rotation avant que la résine synthétique thermodurcissable soit durcie et à le fixer après l'avoir cambré à une forme prédéterminée, dans un montage; et à extraire le tuyau durci et formé du moule flexible. 4.- Procédé pour produire un tuyau conique incurvé du coudé en matière synthétique renforcé comportant une plaque de base, caractérisé en ce qu'il consiste: à fixer un cadre pour former une plaque de base à l'extrémité d'un mandrin conique ayant le plus grand diamètre; à enrouler en hélice une matière de renfort en un certain nombre de couches autour d'un mandrin ayant une conicité prédéterminée afin de former un noyau de matière de renfort de forme correspondante; à introduire le mandrin avec la matière de renfort qu'il porte dans un moule flexible ayant une conicité prédéterminée; à retirer seulement le mandrin du moule flexible en y laissant le noyau de matière de renfort; ; à introduire le moule flexible renfermant le noyau de matière de renfort dans un appareil de rotation et à verser une quantité prédéterminée d'une résine synthétique thermodurcissable liquide dans ce moule flexible; à incliner l'appareil de rotation par rapport à l'horizontale d'un angle prédéterminé et à le faire tourner à une vitesse prédéterminée; à enlever le moule flexible de l'appareil de rotation avant que la résine synthétique thermodurcissable soit durcie et à le fixer après l'avoir cambré à une forme prédéterminée, dans un montage; et à extraire le tuyau durci et formé du moule flexible.