Brevet FR2316521A1 — publié le 19770128

La présente invention concerne des tuyaux souples, renforces et non vulcanisés en matières polymérisées synthétiques; elle concerne également un procédé et un dispositif de fabrication de ce tuyau souple et plus particulièrement encore des pro cede et dispositif pour fabriquer une structure complètement intégrée. Dans ce qui suit -le mot "tube" désigne le composant tubulaire intérieur d'un tuyau souple qui sert de conduit pour la transmission de fluides, -le mot "renforcement" désigne une ou plusieurs couches de fils synthétiques de grande résistance à la traction qui sont mis en tension sur le tube afin d'augmenter sa résistance à l éclate- ment. -le mot "enveloppe" désigne une couche protectrice en matière polymérisee, qui enveloppe le renforcement, -le mot tuyau souple" désigne une structure composite permettant la transmission de fluides sous pression et constituée d'un tube,dun renforcement et d'une enveloppe -l'expression "tuyau souple non vulcanisé" désigne un tuyau souple formé de polymères synthétiques,ne nécessitant pas un durcissement ou une vulcanisation prolongé à haute température comme l'exige un tuyau souple formé de caoutchoucs naturel et synthétique, -le terme "fusion" désigne un processus dans lequel des matières sont jointes ensemble,habituellement par échauffement, mais également parfois au moyen de solvants et d'adhésifs. On a utilisé,pour de nombreuses applications diverses, tuyaux souples pouvant contenir ou transmettre des fluides à haute pression. Far exemple, on peut citer les applications diverses telles que tuyaux de freins à la fois pneumatiques et hydrauliques,tuyaux pour pistolets de pulvérisation de peinture, pour conduites flexibles de conditionnement d'air telles que celles utilisées dans les véhicules,tuyaux pour conduites hydrauliques flexibles utilisables dans des machines articulées,à la fois mobiles et fixes,etc... Jusqu'à la50 environ,pratiquement tous les tuyaux souples à haute pression étaient fabriqués en utilisant des caoutchoucs naturels ou synthétiques pour former le tube et l'enveloppe et on employait des enveloppes en tissu > des tresses ou des enveloppes en spirale formées de matériaux de haute résistance à la traction pour constituer le renforcement.Les matériaux utilisés par la fabrication du tube et de l'enveloppe sont choisis en fonction des conditions de travail dans l'ambiance où le tuyau doit être utilisé.Les propriétés suivantes, entre autres,sont importantes: résistance aux substances chimiques,aux hydrocarbures, aux solvants,aux acides et aux substances alcalines;perméabilité aux gaz et aux vapeurs;caractéristique de résistance à haute et à basse températures;capacité de résistance aux intempéries; inflammabilité;résistance à l'abrasicn;lexibilité et autres propriétés physiques telles que la résistance à la fatigue,l'allon- gement,le fluage à froid,etc.... La fonction principale du renforcement est d'établir une stabilité en dimensions, d'augmenter la résistance à l'éclatement du tuyau souple et d'empbeher un coudage. Pour cette raison,la considération la plus importante > lors du choix d'un matériau pour le renforcement,est sa résistance à la traction. Souvent, d'autres propriétés comme l'allongement,la résistance à la fatigue,la stabilité à lthumidité et les caractéristiques de résistance à haute et basse températures sont également importantes. Les procédés de fabrication de tuyaux souples en caout chouc varient,mais tous font intervenir en commun l'extrusion d'un tube en caoutchouc non durci,l'application d'un d'un renforcement sur le tube et l'applicatlon d'une enveloppe protectrice,soit par enveloppement, soit par extrusion sur le renforcement. Après que cette structure a été assemblée,on effectue le durcissement ou la vulcanisation du tuyau souple en le chauffant pendant des périodes prolongées à des températures élevées,par exemple environ de 1750C * Pour conserver les tolérances de dimensions pendant le durcissement ou vulcanisation, on introduit fréquemment un mandrin dans le tuyau souple de manière à le supporter par sa surface intérieure.On peut également, empêcher le tuyau souple de s'aplatir en y introduisant des gaz, tels que de la vapeur sous pression. Il est également nécessaire, en vue dlétablir une stabilité de dimensions, de maintenir la périphérie extérieure du tuyau souple pendant l'opération de durcissement ou vulcanisation,par exemple en ltentourant étroitement d'un tissu ou bien en 1 'enfermant dans une enveloppe en plomb. Pendant la vulcanisation du tuyau,le caoutchouc devient suffisamment mobile pour passer au travers de la matière de renforcement. On obtient ainsi une structure complètement intégrée dans laquelle l'enveloppe pe et le tube sont liés par fusion à travers le renforcement. Malgré la large gamme des propriétés physiques et chimiques des tuyaux souples en caoutchouc naturel et synthétique (désignés ci-après par l'expression "tuyaux souples vulcanisés"), lq nécessité d'améliorer et de diversifier les propriétés et le désir d'obtenir des tuyaux souples présentant un rapport plus favorable (résistance à l'éclatement/volume) ont amené les fabricants à envisager l'utilisation d'autres matériaux. Il en est résulté la mise au point de tuyaux souples fabriqués à partir de polymères synthétiques,généralement thermoplastiques,et qui peuvent être caractérisés par le fait qu'ils ne nécessitent pas de vulcanisation ou de durcissement. Une différence essentielle entre les tuyaux souples vulcanisés et non vulcanisés fabriqués à l'heure actuelle est que la structure du tuyau souple vulcanisé,comme indiqué plus haut, devient totalement intégrée dans le processus de vulcanisation. Au contraire,un tuyau souple non vulcanise ne présente pas une structure intégrée mais tout au plus seulement un certain degré d'adhérence entre les différents éléments du tuyau souple. Cette absence d'intégration des éléments du tuyau souple est quelque peu désavantageuse par rapport à un tuyau souple non vulcanisé puisque certaines propriétés du tuyau souple,par exemple la résistance à l'éclatement, la résistance au coudage, l'aptitude à retenir des raccords sous pression, ne sont pas portées à leurs valeurs ma ximales. On estime que, lorsque les différents éléments d'un tuyau souple sont complètement intégrés entre eux, le tuyau souple agit comme un ensemble monolithiquedans lequel les propriétés physiques de chaque élément s'ajoutent entre elles. Inversement,on note que,lorsque les éléments ne sont liés entre eux que d'une manière liche,ou que fixés l'un avec l'autre,ils ne semblent pas se compléter et ils ont tendance à travailler comme des éléments indépendants et non coordonnés. Il est d'autre part important de disposer d'une structure de tuyau souple intégrée car il faut assurer la fixation du renforcement par rapport au tube et à l'enveloppe d'une manière telle que,lorsque le tuyau souple est découpé à une longueur désirée pour la mise en place de raccords,le renforcement ne soit pas arraché de l'extrémité coupée. On connaît différents procédés permettant d'établir un certain degré de liaison entre les différents éléments de tuyau souple non vulcanisé. Par exemple, on a décrit dans le brevet US N03.310.447 .un procédé qui utilise une technique de liaison par adhésif. Ce brevet fait connattre un système typique de liaison par adhérence dans lequel utadhéslf est extrudé sur un tube et un renforcement fibreux est tressé sur le tube revêtu d'adhésif. De mëme,pour établir une adhérence avec une enveloppe, on peut extruder une couche adhésive sur le renforcement tressé avant l'application de l'enveloppe ou revètement. Le degré de liaison obtenu avec des systèmes adhésifs varie considérablementsen fonction des matières choisies pour les différents éléments du tuyau souple. Le plus souvent un adhésif qui est un bXa adhésif pour un élément d'un tuyau souple ne remplit pas aussi bien la même fonction pour un autre élément dudit tuyau. Une liaison relativement mauvaise des éléments résulte également du fait que l'action de l'adhdsif est limitée à l'interface existant entre les différents éléments. Par exemple,pour un renforcement tressé qui est généralement mis en place sous la forme d'une tresse fortement tendue et ayant un grand pouvoir de recouvrement,il peut arriver que l'adhésif ne pénètre que peu ou pas du tout dans la tresse.I1 en résulte que la structure du tuyau souple n'est pas intégrée et que ses différentes propriétés sont altérées en proportion (dans la présente description,une tresse à grand pouvoir de recouvrement est définie,8 la différen- ce dtune tresse à faible pouvoir de recouvrement,comme une tresse qui est tissée suffisamment serrée pour recouvrir au moins 8Q à 85% de la surface du tube). Un second moyen connu pour établir une liaison par utilisé sation de solvants est décrit par exemple dans le brevet des Etats-Unis n02.977.839. Le tuyau souple de ce brevet comporte un renforcement en Nylon qui est lié à un tube en Nylon au moyen d'une solution de résorcinol,qui est un solvant actif du Nylon. Si on ne règle pas soigneusement ltopdration,la résistance à la traction du renforcement peut etre altérée à cause de l'ac- tion de dissolution du résorcinol sur le Nylon. L'emploi en excès de solvants peut également modifier certaines propriétés du tuyau souple pendant une certaine période de temps, par migration et/ou lessivage des solvants. Une liaison par solvants peut également devenir difficile lorsque les différents éléments du tuyau souple sont formés de diverses matières. Pour obtenir une liaison efficace par solvants, on doit trouver un solvant commun pour les différents éléments, mais même dans ce cas, on nta pas l'assurance d'établir une liaison efficace si les différentes matières sont incompatibles entre elles. Comme la structure d'un tuyau souple qui est fabriqué par liaison par adhésif ou bien par solvant constitue au mieux un mauvais remplacement d'une structure intégrée telle que celle obtenue avec un tuyau souple vulcanisé,l'#nvention se propose en premier lieu de fournir un tuyau souple non vulcanisé ainsi qu'un procédé et un appareil pour sa fabrication en vue d'obtenir une structure complètement intégrée. A cet effet, selon l'invention, on enrobe les fils de renforcement d'une matière polymérisée fusible à chaud dénommée ci-après "matière fusible")3puis on porte une zone voisine du point où le renforcement est appliqué sur le tube par étirage à une température suffisamment élevée pour faire fluer la, matière fusible. Par ce moyen,lorsque les fils de renforcement sont appliqués étroitement par étirage sur le tube,la matière fusible fondue pénètre complètement dans la matière de renforcement et remplit les interstices existant dans celle-ci. La matière fondue en excès est exprimée du renforcement à la fois dans l;~nterface existant entre ce dernier et le tube et sur la surface supérieure du renforcement.La matière fondue exprimée sur la surface supérieure du renforcement peut au besoin fournir un moyen de formation d'une enveloppe in situ sur le renforcement,ou bien le cas échéant, on peut extruder sur ladite surface une autre couche de matière polymérisée. Par ces moy#ns,le tuyau souple selon l'invention est muni d'une couche fondue" pénétrant dans les interstices du renforcement. En choisissant de façon appropriée les résines servant à former le tube,la couche fusible et l'enveloppe,on peut lier par fusion lesdits éléments pendant l'opération de tressage ou autre opération de formation d'enveloppe,de manière à obtenir une structure totalement intégrée.Avec certaines combinaisons de matières,il peut e#tre nécessaire de prévoir sur la surface la plus froide un racleur ou éliminateur de solvant pour faciliter sa liaison par fusion avec la surface fondue amenée en contact av' lui. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaitront dans la description ci-après en référence au dessin annexé qui est une vue en élévation,avec coupe partielle , d'un mode préféré de réalisation d'un appareil pour la mise en oeuvre de ''invention. Essentiellement,le dispositif représenté est une combinaison d'une machine de tressage et d'une extrudeuse,qui permet d'enrober des faisceaux de fils avec une matière fusible fondue immédiatement avant le point de tressage. Comme on le voit au dessin, une filière d'extrusion 1 est prévue qui comporte un passage central 2 par lequel peut s'écouler de la matière en fusion.La partie centrale de la filière 2 se prolonge par un conduit annulaire 3 qui communique avec un orifice annulaire 4 de la filière 1. Comme représenté, la filière 1 est munie de canaux 6 permettant la circulation de fluides chauffés servant à maintenir la matière fusible au-dessus de son point de ramollissement à des températures appropriées d'extrusion. Selon une variante,on peut utiliser des dispositifs de chauffage électrique. Directement adJacente à l'orifice 4 de la filière l,une seconde filière 7 comporte des canaux 8 servant à la circulation de fluides chauffés. La surface supérieure de la filière 7 est complémentaire de la surface inférieure de la filière 1 et elle est espacée de la filière 1 de manière à définir un passage 9 par lequel on peut introduire de la matière fusible à partir de l'orifice 4. Le passage 9 est en outre tel qu'il peut recevoir des faisceaux de fils 11. La filière d'extrusion 1 comporte un passage central 12 aligné coaxialement avec un passage similaire 13 ménagé dans la filière inférieure 7. Ce passage permet l'avancement du tube et du tuyau souple au travers de la structure. En fonctionnement,on assure la fusion d'une matière fusible dans la chambre centrale 2 de la filière 1. On exerce sur la matière fusible une pression suffisante pour la faire s'écouler à travers de l'intervalle annulaire ,pour la décharger par l'orifice annulaire 4 et pour la maintenir dans le volume formé entre la filière supérieure 1 et la filière inférieure 7. On fait avancer vers le haut un tube 14 au travers de la filière et on fait progresser les faisceaux de fils 11 au travers du passage 9 de manière à les déposer sur le tube sous forme d'une tresse Traction de la machine de tressage est telle que les faisceaux de fils sont entrarnés constamment en rotation autour du tube 14 et sont également constamment en mouvement en glissant les uns au-dessus et en-dessous des autres.Il en résulte une action de frottement entre les fibres ainsi qutentre les fibres et la filière qui fait arriver la matière fusible sur la surface des faisceaux de fils. On obtient un résultat similaire lorsque le renforcement est mis en place sous forme d'un enroulement spiral. Au moment où se produit l'action de frottement des faisceaux de fils, le fil est complètement entouré par de la matière fondue Il en résulte un enrobage intime des faisceaux de fils. Dans une zone immédiatement adjacente au point où les faisceaux de fils sont imprégnés à fond et enrobés,ils sont étirés sous la forme d'une tresse en état de tension relativement au tube. L'excès de matière fusible est exprimé hors de la tresse et se dépose à la fois sur l'interface existant entre la tresse et le tube et sur la surface s-iieure de la tresse. Ce processus peut être répété Jusqu'å ce qu'on ait formé le nombre désiré de couches de renforcement. On peut faire passer le tuyau souple dans une autre extrudeuse en ligne,pour la mise en place d'une enveloppe directement dans la matière fusible recouvrant la surface supérieure de la tresse.A titre de varianteson paut faire passer le tuyau souple revêtu dans une filière de raclage de manière à régler ltépaisseur de la matière fusible recouvrant le renforcement ; dans ce cas, ltexcès de matière fusible se trouvant sur la surface du tuyau souple forme 1 'enveloppe protectrice in situ. On a indiqué que l'enveloppe du tuyau souple constitue un élément distinct de la structure de ce dernier,mais on notera que cette expression est suffisamment large pour désigner aussi une enveloppe du type décrit qui est formée in situ pendant le tressage. En plus de ce que ltenveloppe peut ètre formée in situ pendant le tressage,l'invention permet également de former le tube in situ. Dans ce cas, les faisceaux de fils enrobés sont tressés sur un mandrin qui supporte le fil pendant la formation de la tresse. Lorsque la structure tressée est formée et a été écartée du mandrin,l'excès de matière fusible (cèst-à-dire 1'ex- cès par rapport à la matière nécessaire pour remplir les interstices de la tresse) existe non seulement sur la surface extérieure de la tresse mais également sur sa surface intérieure.Cette couche de matière fusible se trouvant à Itintérieur de la tresse rend inutile de prévoir un tube séparé et, comme il a été déjà indiqué pour l1enveloppe,l1invention concerne également cette formation in situ de ltéquivalent fonctionnel du tube. Pour favoriser encore la formation d'une structure intégrée,il peut être avantageux d'activer la surface des faisceaux de fils avant leur entrée en contact avec la matière fusible. Des solvants et plastifiants classiques peuvent efficacement activer la surface et on peut également utiliser des enduits ,dénommés "primer", et des adhésifs pour effectuer le pré-traitement de la surface. Comme exemple de traitement,on peut citer le traitement RPL, tel qu'il est utilisé dans le pré-traitement de tissus et de fils intervenant dans la fabrication de pneumatiques. Comme matière fusible on peut utiliser de nombreux types différents de résines. 'On peut citer,entre autres, les résines suivantes comme types de résines synthétiques parmi lesquelles on peut choisir cette matière fusible:résines thermoplastiques d'une nature similaire à celles utilisées dans la formation du tube ou de ltenveloppe;polymères de poids moléculaires et de points de fusion inférieurs à ceux du tube ou de l'enveloppe; résines thermodurcissables ayant une durée de vie en pot suffisante pour pouvoir etre mélangées juste avant leur extrusion sur les faisceaux de fils puis être durcies pendant et immédiatement après le tressage,ainsi que d'autres systèmes thermo-durcissables tels que ceux utilisant des durcisseurs bloqués activables par la chaleur, et d'autres systèmes thermodurciasables qui utilisé sent des durcisseurs liquides et gazeux. La matière choisie pour former l'enveloppe ou le tube peut également store choisie dans une très large gamme de produit. Comme les matière +es plus appropriées pour leurs propriétés chimoques et physiques, on peut mentionner les polyamides,les polyuréthanes,les polyesters,les aramides et les élastomères thermoplastiques. Les fibres intervenant dans le renforcement sont de préférence des matières présentant une grande résistance à la traction et qui peuvent astre naturelles ou synthétiques.Parmi les fibres naturelles, on peut citer l'acier et le verre tandis que les fibres synthétiques peuvent autre formées de Nylon,dtarami- de, de#polyester,de résine acrylique et de rayonne. En plus de la structure de tuyau souple complètement intégrée qu'elle fournit, l'invention procure également d'autres avantages intéressants. Par exemple,on estime que des tuyaux souples fabriqués selon l'invention olt une plus grande durée de service parce que la matière fusible remplissant les interstices du renforcement diminue dans une certaine mesure le craquelage ou l'entaillage.Ce craquelage ou l'encochage ou entaillage correspond, on le notera, à la destruction des fibres de la tresse sous l'effet du mouvement des fibres les unes par rapport aux autres, par exemple lorsque le tube est soumis à une flexion ou bien à une pression pulsatoire. Apparemment, l'imprégnation des faisceaux de fils par la matière fusible forme une couche protectrice qui réduit les effets abrasifs de faisceaux de fils adjacents l'un sur l'autre Un autre avantage résultant de l'invention est que la matière fusible située dans les interstices de la tresse rend celle-ci plus déformable en compression, Une telle déformabilité est recherchée lors de la fixation de raccords de tuyau souple et en particulier quand les fils de renforcement sont relativement incapables autre soumis à une traction,ce qui rend difficile 1 'opé- ration de fixation étroite d'un raccord sur le tuyau souple. On a décrit ci-après un exemple de réalisation d'un tuyau souple selon l'invention. Bien entendu,les divers matériaux utilisables pour former le tuyau souple sont donnés uniquement à titre d'exemple non limitatif EXEMPLE : 0# extrudé une longueur continue de tube,on a introduit ce tube dans les filières représentées au dessin et dans les faisceaux de fils qui forment la tresse. Pour former la tresse, on a retenu un polyarylamide présentantlune très forte résistance à la traction, et vendu par la Société Du Pont sous la marque 11#VtAR". Ce matériau est pratiquement inextensible par traction et il est insoluble dans la plupart des solvants. C'est pourquoi il est extremement difficile d'établir une liaison avec ce matériau de grande résistance à la traction, soit par liaison par adhésif',soit par liaison par solvant. Comme matière pour la construction du tube et également pour constituer l'adhésif,on a utilisé un polyester thermoplastique élastomère tel que celui vendu sous la marque "HYTREL" par la Société Du Pont et qui est un copolymère séquence dans lequel la partie thermoplastique cristalline est le produit de réaction entre le propylène glycol et le téréphtalate de diméthyl,tandis que la partie caoutchoutée du polymère est constituée par le polytétraméthylène glycol. Au démarrage > on a chauffé les filières appariées à une température comprise entre environ 190 et 2050C pour maintenir la matière d'enveloppe à l'état fondu. Egalement,juste avant la pénétration dans les filières,on a activé la surface du tube par application de crésol. Après mise en place de la tresse de la manière déjà décrite ci-dessus,on a constate qu'une bonne adhérence était établie entre la tresse et le tube. En sectionnant la tresse tdissection ou découpage ) ,on a constaté que l'adhésif avait pénétré dans les interstices de celle-ci et qu'il formait une phase continue depuis l'interface existant entre la tresse et le tube Jusqu t à la surface supérieure de la tresse. Telle qu'elle a été décrite ci-dessus,l'invention met en oeuvre une filière d'extrusion qui est montée de manière à entourer le point de tressage afin que la matière fusible puisse être appliquée immédiatement avant la fixation de la tresse sur le tube Du fait de la simplicité de ce procédé et de la relative facilité de réglage, ce processus est considéré comme le mode préfdré de réalisation de 1 t invention. Néanmoins il est possible d'enrober les faisceaux de fils d'une matière fusible dans une opération séparée précédant le tressage. Par exemple,on pourrait enrober les faisceaux de fils d'un polymère thermoplastique, refroidi à une température à laquelle le polymère n'est plus collant,puis on pourrait les enrouler sur des bobines en vue de leur utilisation ultérieure dans une machine de tressage. Dans un tel processus, on disposerait une source de chaleur juste avant le point de tressage en vue de faire fondre la matière fusible et on pourrait former une structure complètement intégrée. Il va de soi qu'on pourrait aussi faire pénétrer par imprégnation des résines thermodurcissables dans le fil et qu'on pourrait les activer au point de tressage par exemple en les échauffant,afin de les faire fondre et de les faire durcir ultérieurement. -REVENDICATIONS 1. Tuyau souple non vulcanisé, caractérisé qu'il comporte une couche fusible passant dans les interstices du renforcement. 2. Tuyau souple selon la revendication l,caractérisé en ce que le renforcement est formé par une tresse à grand pouvoir de revetement 3. Tuyau souple selon lå revendication I,caractérisé en ce que le renforcement est mis en place sur un tube. 4. Tuyau souple selon la revendication 3, caractérisé en ce que le renforcement est sous forme d'une tresse. 5. Tuyau souple selon la revendication 3 > caractérisé en ce que le renforcement est sous forme d'une spirale. 6. Tuyau souple non vulcanisé ,constitué par un tube,un renforcement à grande capacité de recouvrement et une enveloppe, caractérisé en ce qu'il comporte une couche fusible pénétrant dans les interstices du renforcement et reliant le tube à ltenveloppe. 7. Appareil de fabrication d'un tuyau souple non vulcanisé, caractérisé en ce qu'il est constitué de moyens pour assembler ds filaments fibreux sous forme d'un élément tubulaire dans un poste d assemblage de filaments, ainsi que de- moyens pour enrober des filaments avec la matière fusible dans une zone adjacente audit ensemble avant leur assemblage sous la forme d'un élément tubulaire 8.Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que le moyen d'enrobage des filaments est constitué par une filière d'extrusion composée de deux éléments espacés qui comportent des passages alignés coaxialement de manière à laisser passer un tube,ltespace entre les éléments définissant un intervalle annulai- re par lequel des fils de renforcement peuvent être déplacés vers un tuyau souple progressant dans les passages intérieurs des éléments > ainsi que des moyens pour introduire de la matière fusible dans la filière dans une direction générale opposée au mouvement des fils de renforcement. 9. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens permettant l'assemblage des filaments fibreux sous forme d'un élément tubulaire sont constitués par une machine de tressage. 10. Appareil selon la revendication 7,caractêrisé en ce que les moyens pour assembler les filaments fibreux sous forme d'un élément tubulaire sont constitués par une machine d'enveloppement en spirale 11. appareil selon la revendication 7,caractérisé en ce qu'un mandrinspouvant supporter les filaments fibreux lors de leur assemblage,est placé dans le poste d'assemblage de filaments. 12. Procédé de fabrication de tuyaux souples,caract#risé en ce qu'on enrobe des filaments fibreux au moyen d'une matière fusible et en ce qu'on dispose les filaments-en forme d'un élément tubulaire pendant que la matière fusible se trouve au-dessus de son point de ramollissement. 13. Procédé selon la revendication 12,caractérisé en ce que les filaments fibreux sont transformés en un élément tubulaire par étirage sur un mandrin. 140 Procédé selon la revendication 12,caractérisé en ce que les filaments fibreux sont transformés en élément tubulaire par étirage sur un tube 15. Procédé selon la revendication 12 > caractérisé en ce qu'une enveloppe est extrudée sur lesfilamentsfibreux après leur transformation en un élément tubulaire.