Brevet FR2316058A1 — publié le 19770128

Tsinvention concerne la fabrication de tubes composites flexibles résistant à la pression et dont la partie interne en matière thermoplastique est rendue conductrice de l'électricité. Les tubes flexibles tels que ceux utilisés dans l'industrie aéronautique, doivent posséder un certain nombre de propriétés nécessitées par leurs conditions d'emploi. Ce sont surtout : une bonne résistance aux fluides agressifs, une bonne tenue à des températures dsutili- sation comprises dans une plage très large pouvant aller par exempie de -700C à + 2300C, une absence de vieillissement lors du stockage et une bonne tenue à la pression.Pour la fabrication de ces tuyauteries on utilisait jusquticS des tubes en polytétrafluoréthylène (PURE). Ces tubes étaient frettés pour qu'ils puissent supporter des pressions internes importantes. De plus, ces tubes devaient présenter une conductibilité électrique suffisante pour évacuer les charges statiques engendrées par le passage rapide du fluide transporté. Si une telle précaution n'est pas prise, il peut en effet se produire une inflaaaatîon spontanée des fluides transportés si ceux-ci sont des- combustibles ou des perforations de la paroi du tube par décharges entre itintérieur du tube et les tresses de frettage. Pour obtenir cette conductibilité du tube, différents procédés sont généralement utilisés. Par exemple on peut rendre conducteur le volume total de la paroi iz tube par addition su PTFE de poudre de graphite constituant la charge conductrice, cependant, le matériau ainsi obtenu est hétérogène et on peut ne pas obtenir les caractéristiques physiques et mécaniques répondant aux exigences des utilisateurs.On a proposé également d'extrader un tube conducteur à partir d'une préforme composite constituée d'un cylindre mince intérieur en mélange de PTFE et de graphite en poudre emboité dans un cylindre épais de P?RE pur. Cependant, les tubes obtenus par ce procédée présentent pas la souplesse et la concentricité voulues. Il existe également un procédé pour l'obtention d'un tube présentant des bandes conductrices longitudinales. Ce procédé est caractérisé par l'extrusion d'une préforme dont on emplit des rainures tracées dans la paroi, de matière conductrice (graphite collo tial en dispersion aqueuse dans le polymère PUR3) avant ou pendant l'extrasion. Cependant, dans ce cas également, il est difficile d'assurer une bonne précision dimensionnelle du tube et une bonne concentrinité. Cette précision dimensionnelle a une grande importance en particulier pour réaliser un bon frettage du tube, l'invention a pour objet de remédier à ces inconvénients notamment en garantissant l'obtention d'une bonne précision dimensionnelle, A cet effet, l'inventeur a eu ltidée qu'il devait être possible de disposer la bande conductrice sur la paroi interne d'un tube déjà existant dont on aurait pu vérifier les caractéristiques dimer.sionnelles et notamment la cylindricité. De tels tubes, qui présentent les qualités voulues en ce qui concerne les tolérances en diamètre et cylindricité ainsi qu'en épaisseur de paroi et concentricité, ont pu être obtenus, par conformation sous vide, à partir de résines fluorocarbonées telles que celle vendue sous la marque Téflon PIFA, Nous désignerons par la suite par PEA, une résine fluorocarbonée constituée par le groupement carbone-fluor pour la chaine principale. à laquelle sont liées des chaines latérales perfluoralkoxy (PFA)o les tubes en PFA présentent des propriétés mécaniques à haute température supérieures à celles du PTFE extrudé et fritté de façon classique. Leurs propriétés à la température ambiante et leur tenue aux fluides agressifs sont au moins équivalentes à celles du PTFE. On a porté sur le tableau ci-dessous un certain nombre de caractéristique du PTPE et les caractéristiques correspondantes du PFA. PTFE PFÂ 1 - Température de service A 2600C 26000 2 - Résistance à la traction (Kg/cm2) température ambiante ............. 210 - 350 * 315 3 - limite élastique de traction (Kg/cm2) température ambiante .................105 - 125 * 155 à 250 C ................. 21 42 4 - Allongement à la rupture (%) température ambiante ............... 300 300 à 2500C 4 550 350 500 5 - Module de flexion (Kg/cm2) température ambiante 4 2800 - 6300* 7000 à 250 C ................ 280 700 6 - Résistance su fluage (Eg/cm2) température ambiante ............... 560 2800 à 250 C ............... 210 420 *suivant processus de mise en oeuvre du tube PTFE. Le but de l'invention est donc de proposer un procédé de fabrication d'un tube flexible composite dont la partie interne en matière thermoplastique est rendue conductrice de l'électricité, procédé qui permette d'utiliser, comme partie interne thermoplastique, un tube dont les caractéristiques en ce qui concerne la concentri cité, la cylindricité, la précision du diametré et l'épaisseur de paroi soient celles quton obtient par le procédé classique de confor mation sous vide de tubes en matière thermoplastique telle que le PFA0 Dans ce but1 l'invention consiste en un procédé caractérisé par le fait qu'on utilise un tube en matière thermoplastique don n a vé rifié les caractéristiques mécaniques et dimensionnelles et que, ayant réalisé un mandrin cylindrique allongé, de longueur au moins égale à celle du tube et de diamètre légèrement inférieur à celui du tube, on applique sur la paroi externe du mandrin, en couche mince, une matière conductrice de l'óleot5rioité, formant une bande continue sur toute la longueur du mandrin, puis on enfile le tube sur le mandrin, on soumet alors l'ensemble à une pression de serrage permettant d'appliquer fortement le tube sur le mandrin muni de la bande conductrice et on porte le mandrin à une tempé rature suffisante pour l'adhérence de la bande conductrice sur ladite paroi interne et au plus égale à la température de fusion de la matière thermoplastique du tube, puis on arrente le chauffage du mandrin et; après refroidissement, on retire le tube du mandrin olivant une caractéristique particulière de l'invention la pression de serrage du tube sur le mandrin est obtenue par ltem-- roulement sous tension dtune frette sur la paroi externe du tube. Cette frette qpi peut ttre analogue aux tresses disposées autour des tuyauteries devant résister à la pression a un double rdleW Elle sert à appliquer une forte pression destinée à resserrer le tube contre le mandrin pendant la fabrication du tube et vautre part, elle permet aux tuyauteries obtenues de résister avec succès aux pressions des fluides transportés, le frettage réalisé sur un tube parfaitement cylindrique ayant la régularité et ltefficaci- té souhaitables. Afin de bien faire comprendre l'invention on va décrire à titre dtesemple non limitatif deux modes de réalisation de 11 invention en se reportant aux figures jointes en annexe Les figures 1 à 6 correspondent à un premier mode de réa- lisation de l'invention oà le matériau conducteur déposé sur le mandrin métallique est un mélange de matière plastique PTFE et de graphite en poudre, Les figures 7 à 10 correspondent à un deuxième mode de réalisation de l'invention où la matière conductrice fixée sur le mandrin métallique est un mince ruban de FEP recouvert de graphite sur une face. Exemple 1 : un mandrin métallique craux I est représenté à la figure 1 recouvert d'une mince couche 2 d'une solution d'un liant liquide tel que du PTEE, additionné de graphite A la figure 2 le même mandrin est représenté à l'intérieur d'une étuve à 1200C avec sa couche externe en cours d'évacuation des solvant. La figure 3 représente ce meme mandrin, au sortir de l'étuve et après refroidissement, sur lequel on a enfilé un tube 5 en PFÂ, ce tube ayant un diamètre intérieur plus grand que le diamètre extérieur du mandrin ce qui introduit un jeu 4 entre le tube et le mandrSe Le tube en PFA 3 est un tube produit par conformation sous vide de diamètre, cylindricité, épaisseur de paroi et oe ncentrîcit é bien définis, ce tube a été entrôlé en ce qui concerne ses dimensions et la qualité du matériau qui le oens- titube;; Sur la figure 4 on voit le tube en PFÂ 3 toujoure enfilé sur le mandrin I soumis à un frettage par un fil métallique 5 qui enserre le tube 3 et le comprime contre le mandrin 1. Le frettage peut etre effectué par tressage ou nappage du fil en plusieurs couches. Â la figure 5 le conduit formé par l'intérieur du mandrin creux 1 est relié à un récipient 6 contenant t un fluide chaud 7 qu'on fait circuler dans le mandrin 1 en ouvrant une vanne 9. Le liquide chaud après avoir parcouru le mandrin 1 s'écoule dans un récipient de décharge 8o La température du liquide est choisie de telle sorte que le mandrin soit à une température au plus égale au point de fusion du PFA c'est à dire 4000C et de telle sorte que la partie interne du tube en PFÂ en contact avec le mandrin se trouve ramollie et devienne collante vis à vis de la matière conductrice déposée sur le mandrin 1, qui elle-même est rendue collante et se trouve à 1' état de fusion partielle En revanche, la partie externe , su contact des frettes, reste à une température modérée. Pratiquement on choisira pour le liquide chaud s'écounant dans le mandrin une température de tordre de 350 à 400 C. Le raccord entre le mandrin creux et la sortie du récipient 6 se fait par un joint étanche 11. Le ramollissement de la couche de PFÂ en contact avec la matière conductrice déposée sur le mandrin 1 joint à l'effet de pression provoqué par les tresses 5 enroulées au-dessus du tube 3 et à la fusion partielle de la couche 2 provoquent ltadhé- sion da matériau conducteur a' l'intérieur du tube Te A la figure 6 le mandrin 1 a été déconnecté du récipient de liquide chaud 6 après fermeture de la vanne 9. On a ensuite retiré le mandrin 1 du tube 3, après refroidissement.Une partie de la matière conductrice 2 est restée fixée à l'intéiieur du tube 3, le reste du graphite servant de lubrifiant, a facilité le démoulage du mandrin i Dans ce cas le collage provient aussi bien de la fusion ou du ramolissemetn externe du P chargé en graphite directement. en contact avec le mandrin, que du ramollissement de la couche interne du tube 3 en PFA. bu lieu d'une solution de PTFE on pourrait aussi utiliser une solution de Téflon FEP mélangée ati graphi teconducteur afin de constituer la couche conductrice. Dans ce cas il suffirait de porter le mandrin à une température de 11 ordre de 3000C qui est la température de fusion du REPe Ltavantage dans cas est de provoquer une adhésion à une température beaucoup plus éloignée de la température de fission du PFÂ constituant le tube 3. Le tube final obtenu possède bien toutes les catactéris- tiques souhaitables pour la fabrication de tuyauteries utilisables dans le domaine aéronautiqu. Le frettage externe réalisé sur un tube parfaitement cylindrique lui permet de résister à la pression et la constitution et la fabrication du tube de pua lui permettent de réaliser toutes les conditions géométriques et physiques souhaitable s puisque ce tube a été élaboré par une méthode classique permettant d'obtenir des tubes parfaitement concentriques et qu'enfin ltétat physique du tube et l'état de la matière le constituant ont été soigneusement contralés avant la fabrication du tube composit;; D'autre part, la bande continue de matière conductrice solidement fixée à l'intérieur du tube 3 permettra d'éliminer les charges statiques venant des frottements dus au passage d'un liquide dans la tuyauterie. Lorsqu'on désire assurer ltEdhérence, principalement par la matière du tube 3 elle-m & e, il a y intértt à obtenir une fusion uniquement superficielle de la couche interne de ce tube 3 et un échauffement très modéré de la couche externe et de l'intérieur de la paroi de ce tube.Pour ce faire, il est intéres- sant itutiliser un frettage métallique qui permettra d1 assurer un bon échange-de chaleur avec l'air extérieur, que l'or peut favoriser en plaçant. le tube fretté à I 'irtérieur dt-ane conduiue ventilée. le produit définitif étant obtenu après la. série d'opté rations que nous venons de décrire, il est nécessaire de prévoir la fabrication de longueurs qui sont habituellement requises dans les domaines d'utilisation de ces tubes0 C'est ainsi qu'on a fabriqué des tubes de longueur allant jusqu'à 25 mètres par cette méthode. Exem Ie 2 : Il est possible également d'utiliser de minces rubans de FEP graphités sur une de leurs faces c'est-à-dire présentant sur cette face une certaine conductibilité électfique pour réaliser la bande de matière conductrice; La figure 7 représente une telle bande 14 en cours d'en- roulement sur le mandrin 1 de telle sorte que la face graphitée 17 se trouve en contact avec le mandrin. La bande doit se chevaucher de façon à permettre le détringlage du tuyau , grâce au contact entre le graphite et le métal du mandrin sur toute la surface interne du mandrin0 Sur la figure 8 on voit un tube en PFA 15 enfilé sur le mandrin 1 revêtu de l'enroulement 14, avec un certain jeu 16. Sur la figure 9, on voit le tube 15 fretté contre le mandrin 1 avec une forte pression par un fil de frettage 18. Sur la figure 10 le mandrin 1 est réuni à l'installation d'alimentation et de récupération de fluide chaud de exemple 1 ce qui a pour effet d'échauffer le mandrin et le ruban de PEP 14 qui est enroulé sur ce mandrin. L'utilisation d'un liquide à la température de fusion du PEP (30000) permet un collage de la bande 14 à intérieur du tube 15 sais avoir à échauffer le tube de PFA à une température proche de sa température de fusion; A la figure 11 on voit le tube composite après démoulage du mandrin 1, la bande de FEP graphité 14 formant maintenant une mince peau conductrice sur la surface interne du tube composite". Dans cet exemple également la pression de frettage jointe à l'élé- vation de la température de la bande de FEP jusqu'à sa fusion conduit à un collage entre le tube de PFÂ et la bande 14 portant une couche conductrice sur sa face interne. Au lieu d'utiliser une bande de FEP graphitée- comme dans l'exemple qui vient dtêtre décrit, il est possible également de déposer une mince couche de graphite sur le mandrin 1 et d'enrouler sur cette couche use bande de FEP assez mince et ne portas pas de graphite sur sa face interne Les opérations similaires à celles de 11 exemple qui vient dtêtre décrit, permettront d'obtenir un résultat à peu près identique.L'adhésion du graphite à l'intérieur du tube aura été obtenue au moment de la fusion du PEP sous la forte pression exercée par le frettage externe du tube de PFÂ. Dans certa ns cas il peut etre souhaitable de porter le mandrin à une température inférieure à la température de fusion du PEP 11 adhésion pourra néanmoins être obtenue assez facilement puisque le &num;se devient collait à partir de 270 C. On pourra opérer avec des bandes de FEP très minces, cependant l'expérience a prouvé qu'on ne pouvait guère descendre en-dessous dtune épaisseur de quelques centièmes de millimètre. Dans le cas où l'adhésion est obtenue principalement par fusion de la couche interne du tube thermoplastique, on peut avoir intérêt à élaborer ce tube de telle sorte qu'il présente de fines stries sur sa surface interne. La section d'un tel tube est représentée à la figure 12; Su moment de la mise en pression du tube par son frettage et de 1' échauffement du mandrin, la matière conduc trice, par exemple du graphite mélangé à une matière thermoplastique et préalabmement déposée sur le mandrin, pourra venir se loger k l'intérieur des stries qui elles-mêmes seront refermées partiellement du fait de 1' échauffenent provoquant le ramollissement du tube et de la pression exercée par le frettage. On aura ainsi constitué des réserves de matière conductrice à l'intérieur de la couche interne du tube thermoplastique, ces réserves communiquant néanmoins avec l'intéreur du tub. auquel elles assurent une bonne conductibilité électriquet Le fait que le graphite subisse un effet de tassement à l'intérieur des stries du tube est bénéfique pour l'obtetion d'une bonne conductibilité électrique, analogue dans ce cas à celle qu'on obtiendrait avec des conducteurs solides, noyés dans le tube mais communiquant avec l'intérieur du tube par une de leurs face Le procédé suivant l'invention permet aussi d'obtenir un tube composite qui comprend un tube en un premier matériau thermoplastique collé sur sa surface interne à une couche d'un deuxième matériau thermosplastique rendue conductrice par la présence dans sa masse ou en surface, d'un matériau conducteur de 1 l'électricité. En particulier la matière plastique constituant le tube pourra avoir un point de fusion plus élevé que la matière plastique cons tituant le liant de la couche interne. Un tel tube comprendra de préférence une couche externe d'un matériau de frettage, une couche intermédiaire formée par un tube de PFA et une couche interne formée par du FEP incorporant un matériau conducteur pulvérulent par exemple du graphite. Bien entendu l'invention ne se limite pas aux exemples de r réalisation qui viennent d'être décrits, elle en comprend au contraire toutes les variantes. On peut imaginer par exemple, l'application du procédé de l'invention à la fabrication de tubes non frettés le moyen d'application de la pression externe étant supprimé après l'obten- tion de la couche interne conductrice dans le tube thermoplastique. En effet, si la réalisation de l'invention au moyen d'un frettage du-tube est particulièrement intéressante car elle permet d'obtenir par une seule opération la réalisation de la bande conductrice interne et le renforcement du tube contre les pressions internes il est possible néanmoins d'appliquer une pression externe au tube thermoplastique par d'autres moyens, par exemple, en soumettant le tube enfilé sur le mandrin à un fluide sous pression, après avoir fermé de façon étanche les extrémités du tube ou en jouan sur les possibilités de dilatation et de rétraction du tube en fonction de la températurete On peut imaginer également l'utilisation de matières conductrices différentes du graphite dissous dans une solution de matière thermoplastique. On peut également imaginer d'autres modes de fization de cette matière conductrice sur le mandrin que celles qui ont êté dderites dan les exemples précédents. On peut également envisager l'utilisation de matières thermoplastiques autres que celles qui ont été désignées dans les exemples décrits ci-dessu En outre, on pourrait évidemment utiliser un mode de chauffage du mandrin différent de celui qui vient entre décrit. RIVEMDICATION 1. Procédé de fabrication d'un tube flexible muni sur sa paroi interne d'au moins une bande continue conductrice de l1élec- tricité, caractérisé par le fait que l'on utilise un tube en matière thermoplastique dont on a vérifié les caractéristiques mécaniques et dimensionnelles et que, ayant réalisé un mandrin cylin- drique allongé, de longueur au moins égale à celle du tube et de diamètre légèrement inférieur à celui du tube, on applique sur la paroi externe du mandrin, en couche mince, une matière conductrice de l'électricité, formant une bande continue sur toute la longueur du mandrin, puis on enfile le tube sur le mandrin ; on soumet alors l'ensemble à une pression de serrage permettant d'appliquer fortement le tube sur le mandrin muni de la bande conductrice et on porte le mandrin à une température suffisante pour l'adhérencece la bande conductrice sur ladite paroi interne puis on arrête le chauffage du mandrin et, après refroidissement, on retire le tube du mandrin. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la pression de serrage du tube sur le mandrin est obtenue par lfenroulement sous tension d'une frette sur la paroi externe du tube 3. Procédé de fabrication suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la matière conductrice de l'électricité est constituée par un matériau conducteur pulvérulent mélangé à une matière therBoplastiquee 4.Procédé de fabrication suivant l'une quelconque des revendications 1 et:2 caractérisé par le fait que la matière conductrice constituée par une matière thermoplastique recouverte d'une couche conductrice de ltélectricite, cette matière thermoplastique ayant un point de fusion inférieur à celui du matériau thermoplastique constituant le tube, est enroulée sous forme de bande mince autour du mandrin, la couche conductrice étant contre le mandrin et par le fait qu'on porte le mandrin à une température sensiblement égale au point de fusion du matériau thermoplastique ayant le point de fusion le plus bas. i 5-. Procédé de fabrication suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 et 4, oaractêrisé par le fait que la matière thernoplastique constituant le tube est du PFÂ. 6. Procédé de fabrication suivant la revendication 3, caractérise par le fait aue le matériau pulvérulent conducteur de -'léiectricité est du graphite. 7. Procédé de fabrication suivant la revendication 4, caisotêrisé par le fait que la bande conductrice de l'électricité est une bande de FEP recouverte de graphite. 8 . Procédé de fabrication suivant 1' ne quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le mandrin est creux et que son chauffage est obtenu par circulation d'un liquide à haute température à l'intérieur du mandrin. 9. procédé de fabridcation suivant l'une quelconque des revendications 2 à 8, caract risé par le fait que le matériau de frettage du tube est un fil métallique. 10 Procordé de fabrication suivant la revendication 9, caractérisé par le fait que le tube fretté est dispose dans un. tube balayé par un courant de gaz de refroidissement pendant tout le temps ou le mandrin est porté à haute température. lie Procédé de fabrication cuivrant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que le tube en matière thermoplastique porte sur sa face interne des rainures longitudinales continues sur toute la longueur du tube0 12. Tube composite flexible et résistant à la pression, caractérisé par le fait qu'il comprend un tube en PFA de dimensions et de concentricité contrôlées fretté et possedant une couche interne conductrice de l'électricité0 13.Tube flexible composite à couche interne conductrice caractérisé par le fait qu'il se compose d'un tube en un premier matériau thermoplastique collé sur sa surface interne à une couche d'un deuxième matériau thermoplastique rendue conductrice par la présente dans sa masse ou en surface d'un matériau conducteur de l'élec tricoté. 140 Tube flexible composite à couche interne conductrice, caractérisé par le fait qutil se compose d'un tube en PFA collé sur sa surface interne à une couche de FEP rendue conductrice par la présence dans sa masse ou en surface d'un matériau conducteur de l'électricité0 15. Dispositif par la mise en oeuvre -du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 caractérisé par le fait qu'il comporte un moyen d'application de la-presssion de serrage sur le tube enfilé sur le mandrin et au moyen de chauffage du mandrin à une température déterminée.