Brevet FR2305285A1 — publié le 19761022

La présente invention, due aux travaux de Monsieur Antoine David POZZA, est relative à la fabrication de tuyaux en matériau composite à base de matériau minéral granulaire, de résine thermodurcissable, et de matériau filamentaire et/ou fibreux de renforcement. Par matériau granulaire, on entend notamment des sables. Les grains de sable peuvent être pré-enrobés ou non de résine thermodurcissable. Par matériau filamentaire et/ou fibreux de renforcement, on entend des fils ou rovings, des nappes ou rubans ou feuilles en matière plastique ou filamentaire ou fibreuse, des feutres nu mats ou encore de simples fibres de verre, d'amiante, ou autres, mélangées au matériau composite comprenant la matière minérale granulaire et la résine précitées. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à la fabrication de tuyaux composites cooeprenant une âme épaisse consistant essentiellement en une matière granulaire minérale liée par la résine, en sandwich entre un revêtement intérieur et un revête- ment extérieur d'éléments de renforcement imprégnés de résine. De tels tuyaux composites sont utilisables pour la confection de canalisation de fluide sous pression, de canalisation d'assainissement, et pour le transport de fluides corrosifs à chaud ou à froid. On connatt un tuyau composite de ce genre, par exemple par le brevet français 70 01 073 du 13 Janvier 1970 au nom du CENTRE DE RECHERCHES DE PONT A MOUSSON, publié sous n0 2 076 379. Ces tuyaux sont fabriqués de manière discontinue soit par centrifugation, soit par enroulement sur machine ressemblant à un tour. On connaît par ailleurs le principe de la fabrication de tuyaux en continu, soit autour d'un axe vertical, soit autour d'un axe horizontal. Une telle fabrication est illustrée par un grand nombre de brevets lorsqu'elle est appliquée notamment à l'obtention de tuyaux en résine thermodurcissable armée de fils et fibres de verre (stratifiés). Une telle fabrication par coulée continue consiste essentiellement à introduire dans un espace annulaire compris entre un mandrin ou noyau cylindrique et un fourreau surmonté d'un entonnoir, une résine thermodurcissable, après avoir initialement appliqué et/ou enroulé sur le mandrin une feuille et des fils longitudinaux et circonférentiels, à appliquer et enrou ler extérieurement également des feuilles et des fils longitudinaux et circonférentiels, à faire glisser le tout par rapport au mandrin ou noyau en vue de détacher ltélément tubulaire de celuici après polymérisation et durcissement. Une telle fabrication qui est une sorte de coulée continue est relativement facile lorsque lton emploie des matériaux coulables comme la résine ou susceptibles d'être entratnés mécaniquement comme les fils, nappes et feuilles. Si l'on veut appliquer tel quel le procédé et les installations connues précitées à la fabrication de tuyaux composites comportant des matériaux granulairesminéraux tels que du sable, on aboutit à un échec en raison des difficultés d'écoulement du sable le long des parois du fourreau et notamment des risques d'obstruction par agglomération du sable en grumeaux de grosses dimensions et même en croûtes et carapaces. Le problème de la fabrication en continu de tuyaux à base de matériaux minéraux granulaires imprégnés de résine et renforcés par des stratifiés de feuilles, fils, fibres et résine est résolu par la présente invention. L'invention a donc pour objet un procédé pour la fabrication par coulée annulaire continue de tubes composites comportant une âme épaisse en matériaux minéraux granulaires imprégnés de résine, en sandwich entre des éléments de renforcement, nappes, feuilles, fils et fibres du type précité dans lequel on enroule au préalable sur un noyau cylindrique ou mandrin des éléments en nappes, feuilles, fils ou fibres, on coule en continu un mélange de matériaux granulaires et de résine dans un espace annulaire entre le noyau cylindrique et un fourreau, on enroule extérieurement à la sortie du fourreau des éléments de renforcement en nappes, feuilles, fils ou fibres imprégnés de résine, on polymérise et on dur cit le tout et on entrante positivement en translation l'élément tubulaire formé, parallèlement à l'axe du noyau, ledit procédé étant caractérisé en ce que l'on entraîne positivement en l'agi8- tant constamment la masse granulaire versée dans ledit espace annulaire, de manière à faciliter l'écoulement de ladite masse granulaire imprégnée de résine dans le sens de l'extraction du tuyau composite hors dudit espace annulaire. La présente invention a également pour objet une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé, cette installation du type comportant un noyau ou mandrin cylindrique, un fourreau coaxial ménageant un espace annulaire avec le mandrin et surmonté d'un entonnoir de coulée également coaxial, et des moyens d'enroulement d'éléments de renforcement à base de feuilles, nappes, fils et fibres ainsi que des moyens de polymérisation et durcissement et des moyens d'extraction en continu parallèlement à l'axe du noyau, étant caractérisée en ce que elle comporte également des moyens mécaniques disposés coaxialement à l'axe du mandrin à l'intérieur de l'espace annulaire entre mandrin et fourreau pour entratner la masse granulaire imprégnée de résine dans la direction d'extraction du tuyau composite, tout en agitant continuellement cette masse granulaire. Grâce à ltentraSnement mécanique de la masse granulaire, c'est à dire en fait grâce à une alimentation positive de cette masse granulaire imprégnée de résine, on facilite considérablement son écoulement et on évite les obstructions précitées. On obtient par conséquent un tuyau composite compact et homogène. D'autres caractéristiques et avantages apparattront au cours de la description qui va suivre. Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple, - la Fig. t est une vue schématique en coupe à petite échelle d'une installation pour la mise en oeuvre de l'invention; - la Fig. 2 est une vue schématique en coupe, à plus grande échelle, d'un tuyau composite obtenu - la Fig. 3 est une vue schématique partielle en coupe d'une variante d'installation suivant l'invention. Suivant l'exemple d'éxécution de la Fig. 1, l'invention est appliquée à une installation de coulée continue verticale de type connu pour la\fabrication de tubes en stratifiés de résine et fils et fibres de verre. Pour la fabrication verticale d'un tuyau T progressant de haut en bas, elle comprend donc une construction verticale batte autour d'un mandrin 1 d'axe vertical XX, et d'un fourreau coaxial 2 ménageant avec ce mandrin un espace annulaire 3. Le fourreau 2 est prolongé par un calibre cylindrique 2a de diamètre plus faible correspondant au diamètre extérieur du tuyau T à fabriquer. Un certain nombre d'éléments connus portés par des plateaux supports étagés, fixés au bâti vertical A se retrouve dans cette fabrication : ils sont simplement schématisés sur le dessin et brièvement répertoriés ci-après, de haut en bas 4 : appareil de projection d'un agent démoulant tel que par exemple la paraffine à la surface du mandrin fixe i 5 : gaine interne à base d'un polyester saturé tel que le polytéréphtalate d'éthylèneglycol vendu sous les noms commerciaux de Mylar ou de Terphane, posée par enroulement sur le mandrin i 6 : appareil de projection d'un revêtement interne ou gel coat" à base de résine thermodurcissable pure 7 : étuve annulaire de polymérisation du gel coat 8 : fils internes de verre ou rovings appliqués longitudinalement par-dessus le gel coat à partir de bobines B 9 : fils ou rovings internes enroulés circulairement autour des rovings longitudinaux 8 à partir de bobines C. Au-dessus du calibre 2a dont l'extrémitéinférieure est de préférence arrêtée au-dessus de ltextrémité inférieure du mandrin 1 10 : étuve annulaire de conformation et de polymérisation de même diamètre interne que le calibre 2a et lui faisant suite immédiatement, pratiquement sans interruption 11 : fils longitudinaux externes ou rovings externes de renforcement appliqués à partir de bobines D 12 : fils ou'rovings enroulés circulairement par-dessus les rovings 11 à partir de bobines E 13 : étuve annulaire de polymérisation 14 : channes sans fin à brins parallèles à l'axe XX disposées autour dudit axe XX et en contact, par leurs brins internes, avec la surface externe du tube T sortant de l'étuve 13, en vue de son extraction continue 15 : appareil de tronçonnage d'un tube composite T. Alors que les différents moyens et appareillages ci-dessus sont montés sur des supports étagés fixés au bâti A, les bobines C et E à partir desquelles sont enroulés circonférentiellement respectivement les rovings interne 9 et externe 12 sont montées sur des supports rotatifs ou plateaux circulaires rotatifs appelés cantres. On les a schématiquement supposés entrains en rotation par un système d'engrenages à couronnes et pignons mûs par un moteur M. Conformément à l'invention, cette installation est alimentée de la manière suivante en matière granulaire minérale telle que du sable imprégnée de rétine thermodurcissable A la partie supérieure du fourreau 2 débouche dans l'es- pace annulaire 3 le fourreau d'une vis doseuse d'alimentation 16 entratnée en rotation par un moteur Ml, l'axe de rotation YY de la vis doseuse 16 peut être perpendiculaire à l'axe XX ou bien oblique incliné vers le bas par rapport à celui-ci. Le fourreau de la vis doseuse 16 est disposé tangentiellement par rapport au fourreau 2.La vis doseuse 16 est surmontée en amont d'une trémie d'alimentation 17 qui reçoit un mélange convenablement homogénéisé en H par un appareil de mélange de sable S de granulométrie convenable, une résine thermodurcissable telle qu'une résine polyester ou d'un mélange de résines R, d'un catalyseur L et éventuellement d'un accélérateur G facultatif dont on a besoin uniquement dans le cas où la catalyse de la résine ou des résines R doit se produire à froid. Avantageusement, ce mélange peut être complété par une huile miscible favorisant l'écoulement de la matière granulaire, telle que l'huile de paraffine P. Conformément à l'invention également, dans espace annulaire 3 et coaxialement au mandrin 1 est montée rotative une vis creuse 18 d'entratnement et d'agitation de la masse granulaire. Cette vis dont la cavité intérieure a un diamètre légérement supérieur à celui du mandrin1 et un diamètre extérieur aux sommets des filets légérement inférieur au diamètre intérieur du fourreau 2, a une longueur correspondant à celle de l'espace annulaire 3. Son pas de vis est suffisamment important pour entradner positivement en translation la masse granulaire, vers le bas, parallèlement à l'axe XX, la vis a son extrémité inférieure située au-dessus du rétrécissement du fourreau 2 qui se termine par une partie cylindrique de plus faible diamètre, correspondant au diamètre extérieur du tube T à former orties de calibrage 2a du fourreau 2). L'extrémité supérieure de la vis d'entratnement 18 sort du fourreau 2 pour être supportée par un palier non représenté et être solidarisée avec une roue dentée 19 entratnée en rotation par un pignon 20 au moyen d'un moteur M2. Le fourreau 2, dans sa partie large d'entratnement et de compactage de-la matière granulaire imprégnée de résine est pourvu d'un conduit 21 d'aspiration relié à une source de vide et, par sxemple au-dessous du conduit 21, d'un injecteur. 22 de produit démoulant tel que de l'huile de paraffine. L'injecteur 22 débouche de préférence sur la paroi du fourreau 2 afin de facili ter l'écoulement de la matière granulaire par rapport à ladite paroi. A l'aide de cette installation, on procède à la fabrication continue d'un tuyau composite T de la manière suivante On rappeI > ra simplement pour mémoire 1'application préalable d'un agent démoulant injecté par l'appareil de projection 4, l'application d'une gaine interne 5 du genre Terphane ou Mylar, de gel coat, de rovings longitudinaux et circonférentiels internes 8 et 9, ainsi que la polymérisation du gel coat en 7, avant l'application des rovings 8 et 9. On rappeRera également pour mémoire la confection en H du mélange de sable S et de résines thermodurcissables R ainsi que ses adjuvants L (catalyseur) et éventuellement G (accélérateur). On notera néanmoins que l'invention prévoit également l'addition d'un agent de démoulage miscible tel que de l'huile de paraffine P. Suivant l'invention, le sable S sera choisi avec une granulométrie assez fine pour permettre la confection d'un tuyau T compact et rigide. Cependant cette granulométrie ne doit pas être trop fine ou faible de crainte d'avoir des grumeaux et des obstructions dans la zone d'alimentation constituée par la vis doseuse 16 et ltespace annulaire 3 à 6 d'entratnement 18, et de crainte d'avoir des grumeaux rendant hétérogène la structure du tuyau T. Cette granulométrie ne doit pas être nonplus trop élevée de crainte d'avoir un tuyau poreux susceptible même de se désagréger facilement si la granulométrie est vraiment excessive. Une granulométrie de l'ordre de 0,2 à 3 millimètres est convenable. Le mélange essentiellement à base de sable est amené tangentiellement dans l'espace annulaire 3. La vis doseuse 16 amène donc en continu la matière granulaire imprégnée de résine dans l'espace annulaire 3 où elle se trouve entraînée vers le bas par la vis d'entrainement 18 qui la maintient d'ailleurs en mouvement continuel, ltempêchant ainsi de s'agglomérer prématurément en grumeaux. La matière granulaire se trouve ainsi poussée de force vers la partie inférieure rétrécie 2a du fourreau servant au calibrage du tuyau T à obtenir. Au cours de ce déplacement, la matière granulaire est soumise à une aspiration par le conduit 21 qui évacue ainsi les bulles gazeuses, les bulles d'air notamment, qui ont pu être emprisonnées. Le conduit d'aspiration 21 complète ainsi le dégazage naturel vers le haut et contribue au compactage de la matière granulaire.Un agent démoulant tel que de l'huile de paraffine étant injecté par l'injecteur 22 le long de la paroi interne du fourreau 2, la matière granulaire s'écoule facilement en glissant sur la paroi du fourreau 2 sans s'accrocher à celle-ci. La matière granulaire qui est encore séparée de la première couche constituée par la gaine interne 5 et les rovings internes 8 et 9 lorsqu'elle est dans les creux des filets de lavis d'entraSnement 18 18arrive au contact de cette couche interne lorsqu'elle quitte la vis d'entratnement 18 pour franchir la zone de rétrécissement du fourreau 2 et entrer dans la zone rétrécie 2a de calibrage. Un compactage supplémentaire et notable s'effectue dans cette zone de rétrécissement.En quittant le fourreau 2a, et par conséquent l'espace annulaire 3, la masse granulaire enveloppant la couche interne de renforcement filamentaire et toujours guidée par le mandrin 1 est immédiatement engagée dans l'étuve annulaire de conformation 10. C'est donc à cet endroit que, comme connu en soi, la masse granulaire de forme tubulaire est polymérisée tout en étant maintenue dans sa forme tubulaire en traversant étuve 10. On comprend que le mandrin 1 ne soit pas prolongé au-delà de l'étuve de polymérisation 10 puisqu'en sortant de cette étuve, l'élément tubulaire a sa forme et sa dimension diamétrale interne définitives, si l'on fait abstraction de la couche externe de renforcement qui va suivre. C'est donc enaval de l'étuve de polymérisation 10 que, comme connu en soi, l'élément tubulaire reçoit sa couche externe de renforcement sous forme de rovings longitudinaux et circonférentiels externes 11 et 12, imprégnés de résine, polymérisés dans l'étuve 13. \ Au-dessous de l'étuve annulaire 13, le tuve composite T soumis à l'entratnement par les chaînes continues d'extraction 14 est tronçonné par la tronçonneuse 15 comme connu en soi. Le tuyau obtenu T (Fig. 2) présente donc une âme interne en matériau minéral granulaire imprégné de résine (sable et résine) en sandwich entre une couche interne de renforcement constituée par des rovings longitudinaux et circonférentiels 8 et 9, et une couche externe de renforcement constituée par des rovings longitudinaux et circonférentiels 11 et 12. En outre, la cavité interne du tube composite T est tapissée par la gaine interne ini tialè 5 qui lui donne un parfait état de surface après avoir permis de faciliter son glissement sur le mandrin 1. A la Fig. 3 est représentée une variante de dispositif d'entratnement et de poussée de la masse granulaire dans un espace annulaire 23 compris entre le mandrin 1 et une variante de fourreau d'alimentation 24. Dans le fourreau d'alimentation 24 débouche tangentiellement, comme précédemment, une vis doseuse d'alimentation 16 identique à celle de la Fig. 1. Mais dans l'es- pace annulaire 23 est monté à la place de la vis d'entrainement 18 un vérin annulaire 25 de poussée et dtentratnement dedela masse granulaire de sable et de résine. Le vérin 25 est alimenté comme connu en fluide sous pression et est par exemple à double effet. En variante également, on peut ajouter aux installations des Fig. 1 et 3 des dents ou picots fixes, solidaires de la paroi interne du fourreau 2 ou 24, et faisant saillie intérieurement afin de casser d'éventuels grumeaux. On peut également compléter la vis d'entratnement 18 de la Fig. 1 par des picots solidaires de cette vis et en saillie radiale pour agiter davantage la masse granulaire imprégnée de résine et empêcher toute agglomération prématurée. Les picots rotatifs peuvent d'ailleurs être disposés en hélice, de manière conjuguée de la disposition des picots fixes sur la paroi interne du fourreau 2. Par ailleurs, alors que dans les exemples des Fig. 1 et 3, le mandrin 1 est fixe en rotation, on peut le prévoir rotatif et dans le cas de la Fig. 1, solidaire en rotation de la vis d'entrainement 18. S'il est rotatif, et notamment dans le cas de la Fig. 3, où il suffit alors de prévoir à la partie supérieure un palier de support et une couronne dentée d'entratnement en rotation du mandrin 1, le mandrin 1 peut être complété par des picots ou dents en saillie radiale dans espace annulaire 23 du fourreau notamment dans la partie conique de rétrécissement, ce qui permet d'agiter continuellement la masse annulaire imprégnée de résine afin d'empêcher une agglomération localisée et prématurée. Enfin, on peut également prévoir un espace annulaire se rétrécissant en vue du compactage de la matière granulaire impré guée de résine en donnant à la vis d'entratnement 18 une forme de vis d'extrusion et de compactage s'évasant dans le sens du déplacement de la matière. A cet effet, le mandrin 1 peut également, à la suite de la vis d'entratnement 18, présenter une forme évasée qui rétrécit espace annulaire dans la zone de compactage et de calibrage 2a. Enfin, on peut utiliser des fibres coupées comme moyen de renforcement de l'âme granulaire en montant un appareillage de projection de fibres coupées dans l'espace annulaire 3 ou 23. On peut également utiliser des feutres ou mats de renforcement appliqués par enroulement comme connu en soi. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour la fabrication par coulée annulaire continue de tubes composites comportant une âme épaisse en matériaux minéraux granulaires imprégnés de résine, en sandwich entre des éléments de renforcement, nappes, feuilles, fils et fibres dans lequel on enroule au préalable sur un noyau cylindrique ou mandrin des éléments en nappes, feuilles, fils ou fibres, on coule en continu un mélange de matériaux granulaires et de résine dans un espace annulaire entre le noyau cylindrique et un fourreau, on enroule extérieurement à la sortie du fourreau des éléments de renforcement ennappes, feuilles, fils ou fibres imprégnés de résine, on polymérise et on durcit le tout et on entraîne positivement en translation l'élément tubulaire formé parallèlement à liaxe du noyau, ledit procédé étant caractérisé en ce que lton entrasse positivement en l'agitant constamment la masse granulaire versée dans ledit espace annulaire de manière à faciliter lté- coulement de ladite masse granulaire imprégnée de résine dans le sens de ltextraction du tuyau composite hors dudit espace annulai- re. 2.- Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que l'on mélange à la masse granulaire et à la résine et à ses adjuvants habituels de catalyse et d'accélération, un agent de démoulage miscible. 3.- Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la masse granulaire est du sable de granulométrie comprise entre 0,2 et 3 millimètres. 4.- Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que dans espace annulaire où la masse granulaire est entratnée positivement et agitée, on procède à une aspiration. 5.- Procédé suivant la revendication 1 caractérisé enlace que dans l'espace annulaire où la masse granulaire est entratnée et agitée, on injecte un agent de démoulage miscible tel que l'huile de paraffine. 6.- Installation pour la mise en oeuvre du procédé sui vant la revendication 1, cette installation du type comportant un noyau ou mandrin cylindrique, un fourreau coaxial ménageant un espace annulaire avec le mandrin, et surmonté d'un entonnoir de coulée également coaxial, et des moyens d'enroulement d'éléments de renforcement à base de feuilles, nappes, fils et fibres ainsi que des moyens de polymérisation et durcissement et des moyens d'extraction en continu parallèlement à l'axe du noyau, étant caractérisée en ce qutelle comporte également des moyens mécaniques (18-25) disposés coaxialement à l'axe du mandrin (i) à l'intérieur de l'espace annulaire entre mandrin (1) et fourreau (2) pour entratner la masse granulaire imprégnée de résine dans la direction d'extraction du tuyau composite (T) tout en agitant continuellement cette masse granulaire. 7.- installation suivant la revendication 6 caractérisée en ce que les moyens mécaniques d'entratnement et d'agitation de la masse granulaire entre mandrin -(1) et fourreau (2) consistent en une vis tubulaire rotative (18) entratnée positivement en rotation par un groupe moto-réducteur (M). 8;- installation suivant la revendication 6 caractérisée en ce qu'elle comporte une vis doseuse (16) d'alimentation en mélange de -matériaux granulaires, de résine et d'adjuvants, débouchant tangentiellement dans ltespace annulaire entre mandrin (1) et fourreau (2). 9.- installation suivant la revendication 6 caractérisée en ce que dans l'espace annulaire entre mandrin (1) et fourreau (2) débouchent un conduit (21) d'aspiration et un injecteur (22) d'agent de démoulage. 10.- installation suivant la revendication 6 caractérisée en ce que les moyens mécaniques d'entrainement et d'agitation de la masse granulaire entre mandrin (1) et fourreau (2) consistent en un vérin annulaire (25).