Brevet FR2335773A1 — publié le 19770715

La présente invention concerne un tube armé de fibres distribuées dans une masse de fond en matière thermoplastique et orientées en grande partie de telle manière que leurs projections sur des surfaces concentriques par rapport à l'axe longitudinal du tube fassent un angle avec cet axe longitudinal. Elle se rapporte également à un procédé et à un dispositif pour la fabrication de ces tubes. Un tel tube armé ainsi qu'un procédé et un dispositif pour fabriquer celui-ci sont connus. Bien que les tubes connus donnent dans certain conditions des résultats raisonnables, ils sont moins appropriés aux utilisations soumises à des exigences quelque peu plus élevées. Pour cette raison, on utilisait jusqu'ici souvent des tubes en béton ou en éternite ou des tubes "à enroulement',' réalisés de manière que le tube se constitue essentiellement d'une masse de fond en résine époxy, dans laquelle sont incorporés des fils continus, enroulés hélicoidalement autour du tube.Toutefois, les tubes en béton et en éternite présentent l'inconvénient que leur poids élevé et leur rigidité rendent le transport coûteuxet la manutention difficile. Ires tubes à-enroulement sont, à cause de leur procédé de fabrication, assez coûteux et demandent pour une résistance à la traction déterminée à long terme une épaisseur de paroi relativement élevée, ce qui exerce également une influence nuisible sur le prix de revient. La présente invention a pour objet de fournirun tube du type mentionné au début de la présente description, dans lequel les inconvénients sus-indiqués ont été supprimés. Â cette fin, le tube armé selon la présente invention se caractérisé en ce que la longueur des fibres d'armature est comprise entre 0,2 et 5 mm, en ce que les fibres d'armature constituent 5 à 45 en volume au matériau du tube et en ce que l'angle aigu entre la direction longitudinale des fibres et l'axe longitudinal du tube est d'au moins 5-100, de préférence de 45-900. En soumettant le tube armé selon la présente invention à un traitement thermique spécial, on peut obtenir un tube qui se caractérise en particulier en ce que le caractère cristallin de la matière thermoplastique de la masse de fond, vue en direction ra diale sur l'épaisseur de la paroi, est à peu près constante. De bons résultats s'obtiennent également si dans le tube armé selon la présente invention, le caractère cristallin de la matière thermoplastique varie sur l'épaisseur de la paroi de 5-10% aux cotés intérieur et/ou extérieur à environ 60-70% au milieu de la paroi. Aussi est-il estimé avantageux que des produits formant des germes soient ajoutés à la matière de départ. De cette manière, les propriétés favorables de la matière cristalline sont combinées de façon avantageuse avec la ténacité favorable de la matière à la surface. Suivant un mode de réalisation préférable du tube armé selon la présente invention, celui-ci se caractérise en ce que l'angle sus-indiqué entre la direction longitudinale des fibres et l'axe longitudinal du tube varie sur l'épaisseur de la paroi du tube. Il sera avantageux que cette variation soit telle que les fibres situées au côté extérieur de la paroi du tube croisent celles situées au côté intérieur de la paroi du tube. En particulier, on compte obtenir de bons résultats avec des tubes selon la présente invention ayant un diamètre intérieur de 400 à 1000 mm. Comme matière thermoplastique de la masse de fond du tube selon la présente invention peuvent être utilisés avec avantage des polyesters obtenus à partir de diols- saturés et d'acides dicarboxyliques aromatiques (par exemple le polytéréphtalate d'éthylène glycol et le polytéréphtalate de butylène), le nylon, le polypropyle- ne ou le chlorure de polyvinyle. Selon la présente invention, il est avantageux que les fibres d'armature soient faites à partir de fils étirés et se constituent de verre, mais on considère aussi la possibilité d'utiliser des fibres de carbone ou des fibres constituées de polyparabenzamide ou de polyparaphénylènetéréphtalamide. Un mode de réalisation préférable du tube selon la présente invention se caractérise en ce que le matériau du tube possède dans la direction transversale par rapport à la direction longitudinale du tube, une résistance à la traction à court terme qui est d'au moins 4-10 kN/cm, de préférence de 16 kN/cm alors que le matériau du tube possède dans la direction transversale par rapport à la direction longitudinale du tube une résistance à la traction à long terme, extrapolée sur 50 ans, qui peut être d'au moins 7,5 kN/cm, de préférence de 12 kN/cm. Selon la présente invention, le tube armé peut être muni aux cotes intérieur et/ou extérieur d'une mince couche constituée d'une autre matière thermoplastique. La présente invention comprend également un procédé pour fabriquer un tube armé de fibres distribuées dans une masse de fond de matière thermoplastique et orientées de telle manière que leur direction longitudinale fasse un angle avec l'axe du tube, suivant lequel un polymère thermoplastique liquide et mélangé avec des fibres est amené sous pression à l'extrémité d'alimentation d'une fente d'extrusion annulaire et est mis en rotation par les parois intérieure et extérieure de cette fente, qui tournent en sens opposés, le courant de polymère étant consécutivement extrudé à l'autre extrémité de la fente annulaire, moulé à l'aide d'un dispositif de calibrage et refroidi de manière à donner un tube du diamètre voulu, caractérisé en ce que le courant de polymère, avant d'atteindre le dispositif de refroidissement, est guidé à travers une zone dans laquelle la rotation du courant de polymère est freinée au#côté intérieur aussi bien qu'au côté extérieur et en ce que le freinage s'effectue par contact par friction. Ire procédé selon la présente invention peut être effectué de manière simple, en réalisant le freinage à l'aide de surfaces stationnaires qui sont en contact avec le courant de polymère de telle manière que la zone de freinage s'étende en direction axiale du tube sur une distance de 3 mm minimum à 15 mm maximum, de préférence de 5 mm, et que la zone de freinage avoisinne immédiatement la fente d'extrusion annulaire à parois intérieure et extérieure tournant en sens opposés. Un mode de réalisation favorable du procédé selon la présente invention se caractérise en ce que, par suite de la rotation, le courant de polymère a une-vitesse circonférentielle qui est au moins trois fois, de préférence dix fois, plus grande que la vitesse d'extrusion axiale du courant de polymère dans la zone de freinage. De plus, la présente invention comprend un dispositif pour la mise en oeuvre dudit procédé, ce dispositif étant muni d'un corps à fente d'extrusion annulaire qui, à son extrémité d'alimentation, est muni d'un raccord pour le polymère fondu mélangé avec des fibres et est raccordé par son extrémité d'évacuation à.un dispositif de calibrage et de refroidissement, les parois intérieure et extérieure de cette fente étant réalisées tournantes et étant munies de systèmes d'entraînement pour la rotation, lequel dispositif est caractérisé en ce qu'à l'extrémité d'évacuation de la fente annulaire soit prévue une zone de freinage non tournante, située en amont du dispositif de refroidissement et ayant une longueur axiale de 3 à 15 mm, de préférence de 5 mm. Suivant un mode de réalisation avantageux, le dispositif selon la présente invention se caractérise en ce que les parois intérieure et extérieure de la zone de freinage se composent chacune d'une bague stationnaire, la position de la bague stationnaire extérieure étant réglable en direction radiale, notamment à l'aide de vis. La présente invention sera expliquée ci-après à l'aide du dessin schématique ci-annexé. La figure 1 représente en perspective un tube armé selon la présente invention. La figure 2 représente la coupe partielle suivant la ligne Il-Il -de la figure 3 d'un dispositif pour la fabrication du tube selon la figure 1. La figure 3 représente la vue de devant du dispositif selon la figure 2. Dans la figure 1, le chiffre de référence 1 désigne de façon générale un tube armé selon la présente invention. Le tube se compose d'une masse de fond 2 en matière thermoplastique telle que polytéréphtalate d'éthylène glycol. Dans la masse de fond, les fibres de verre 3 se trouvent à peu près régulièrement distribuées. Normalement les fibres de verre ne sont pas ou guère perceptibles à l'oeil nu mais pour indiquer leur disposition, elles sont représentées à une échelle agrandie dans les zones 4 et 41 de la figure 1. On constate ainsi que les fibres de verre s'étendent dans leur direction longitudinale suivant un angle de 45-90 par rapport à l'ase longitudinal 5 du tube 1. La zone 4 se trouve davantage vers le côté extérieur de la paroi du tube, vue en épaisseur, et la zone 4 davantage vers le côté intérieur. Aussi les fibres d'armature des zones 4 et 41 vont-elles se croiser par suite de la rotation opposée dans la fente annulaire pendant la fabrication du tube. Ires figures 2 et 3 représentent en particulier, respectivement en coupe et en vue de devant, la partie d'extrusion d'un dispositif pour la fabrication du tube selon la figure 1. L'été ment principal de ce dispositif est la fente d'extrusion annulaire 6, formée entre de#parois intérieure et extérieure concentriques. Ta matière thermoplastique mélangée avec des fibres de verre peut être amenée suivant la flèche 7 par le dispositif d'alimentation 8 ê l'extrémité d'alimentation quelque peu élargie 9 de la fente d'extrusion annulaire 6. Le dispositif d'alimentation 8 est prévu dans la partie stationnaire 10 du corps, qui, par une bague 11 à vis 12, est attachée au châssis fixe 13. Dans la partie 10 est montée tournante une partie centrale constituée de deux éléments 14 et 15 attachés l'un à l'autre à l'aide de vis 46. La partie centrale 14, 15 est montée par son extrémité gauche (vu dans la figure 2) dans le chssssis à l'aide de roulements à billes 17. A proximité de cette extrémité, une boîte 18 est montée sur la partie centrale 14, 15; cette boite porte un pignon à chaîne 19. A l'aide du pignon 19, l'élément 15, qui constitue une grande partie de la paroi intérieure de la fente d'extrusion 6, peut etre mis en rotation au nombre de révolutions désiré. La paroi extérieure de la fente d'extrusion 6 est constituée en grande partie par le côté intérieur de la roue annulaire 20, qui est munie d'une couronne dentée 21. La couronne dentée 21 peut, à l'aide du pignon 22 et de la roue dentée 23, être également mise en rotation du fait que l'arbre 24 de la roue dentée 23 peut être entraînée à l'aide du pignon à chaîne 25. Du fait que la roue 20 et la partie centrale 15 tournent à un nombre de révolutions désiré en sens opposés, on peut réaliser la rotation désirée du courant de matière thermoplastique mélangée avec des fibres. La roue 20 est, aux deux côtés de sa couronne dentée, munie de collets 26, et 27. La roue 20 est montée tournante du fait que les collets 26 et 27 sont soutenus en quatre points, situés à des distances angulaires de 900 les uns des autres, par quatre paires de roulements à billes 28, 29.Chaque paire de roulements à billes est montée sur un arbre de support 30, soit quatre ensembles situés à des distances angulaires de 90 les uns des autres. Chacun des arbres de support 30, dont deux seulement sont visibles dans la figure 2, est monté dans une partie fixe 31 du corps du dispositif, cette partie étant attachée à l'aide de vis 32 à la partie fixe 10. La partie fixe 10 est attachée à sa circonférence à une gaine 33, attachée par soudage à la plaque 34. La plaque de devant 34 porte de la manière dessinée, à l'aide d'une plaque 35, le palier lisse 36 de l'arbre 24. A l'intérieur de la plaque de devant annulaire 34 se trouve la bague de réglage stationnaire 37, fixée en direction axiale à l'aide de quatre plaques de serrage 38 (voir figure 3). La bague de réglage 37 peut être déplacée sur une certaine distance en direction radiale à l'aide de quatre vis de réglage 39. La paroi intérieure stationnaire de la bague de réglage 37 constitue en même temps la paroi extérieure de la dernière partie de la fente d'extrusion 6. Cette dernière partie de la fente d'extrusion constitue la zone de freinage sus-indiquée, désignée par le chiffre de référence 40. La paroi intérieure de cette zone est constituée par la paroi extérieure de la plaque de freinage stationnaire 41 qui au moyen de la vis centrale 42 et de la construction dessinée tube-bride, est fixée sur le châssis (au côté gauche de la figure 2). La zone de freinage stationnaire 40 possède une longueur axiale d'au moins 5 mm. Dans le cas du mode de réalisation dessiné, on opère de manière que, depuis une presse à vis sans fin non dessinée, une masse plastifiée de polytéréphtalate d'éthylène glycol mélangée avec des fibres de verre soit amenée sous pression suivant la flèche 7 à la fente d'extrusion annulaire 6. Dans cette fente, la matière est mise en rotation de façon que les fibres de verre soient orientées de telle manière que leurs axes longitudinaux fassent un angle avec l'axe longitudinal de la fente annulaire et qu'elles se situent sous un angle par rapport à l'axe longitudinal du tube à former. Du fait que les parois intérieure et extérieure de la fente annulaire tournent en sens opposés, les fibres situées dans la moitié intérieure de la paroi croisent celles situées dans la moitié extérieure, et ce au milieu de l'épaisseur du tube à former. Dans la fente d'extrusion, la matière à mouler est maintenue à l'état plastique du fait que le corps du dispositif est chauffé de manière appropriée.A l'extrémi- té droite (vue dans la figure 2) de la fente d'extrusion, la matière à mouler arrive dans la zone de freinage 40, dont les parois ne tournent pas de sorte que la rotation subie par la matière à mouler dans la zone précédente est freinée. En quittant la zone de freinage 40, le tube arrive, en étant encore plastique, dans un dispositif de calibrage et de refroidissement non dessiné et connu en lui-même, dans lequel le tube qui vient d'être extrudé est mis à la dimension finale correcte et refroidi. Il convient de signaler que la fabrication de produits tubulaires en matière plastique à l'aide d'un moule tournant à été révélée déjà par la demande de brevet déposée aux Pays-Bas sous le no. 68-03777, suivant laquelle de minces filaments continus de polyester s'étendent sous un angle par rapport à l'axe longitudinal du tube. De plus, cette demande de brevet déposée aux Pays-Bas révèle un procédé pour fabriquer un tube composé de plusieurs couches de matériau en feuille, dans lequel on utilise un moule dont la fente d'extrusion possède une paroi tournante. Dans le cadre de la présente invention plusieurs modifications sont concevables. - -REVENDICATIONS 1.- Tube armé de fibres distribuées dans une masse de fond de matière thermoplastique et orientées en grande partie de telle manière que leurs projections sur des surfaces concentriques par rapport à. stase longitudinal du tube font un angle avec cet axe longitudinal caractérisé en ce que la longueur des fibres d'armature est comprise entre 0,2 et 5 mm, en ce que les fibres d'armature constituent 5 à 45% en volume du matériau du tube et en ce que l'angle aigu entre la direction longitudinale des fibres et l'axe longitudinal du tube est d'au moins 5-100, de préférence de 45-900. 2.- Tube armé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le caractère cristallin de la matière thermoplastique de la masse de fond, vue en direction radiale sur l'épaisseur de la paroi, est à peu près constante. 3.- Tube armé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le caractère cristallin de la matière thermoplastique de la masse de fond varie sur l'épaisseur de la paroi. 4.- Tube armé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le caractère cristallin de la matière thermoplastique varie sur l'épaisseur de la paroi de 5~10% aux côtés intérieur et/ou extérieur#à environ 60-70% au milieu de la paroi. 5.- Tube armé selon l'une quelconque des revendicatioB 1 à 4, caractérisé en ce que l'angle sus-indiqué entre la direction longitudinale des fibres et lkge longitudinal du tube varie sur l'épaisseur de la paroi du tube. 6.- Tube armé selon la revendication 5, caractérisé en ce que 11 angle entre la direction longitudinale des fibres et l'axe longitudinal du tube varie sur l'épaisseur de la paroi du tube de telle manière que les fibres situées du côté extérieur de la paroi du tube croisent celles situées du côté intérieur de la paroi du tube. 7.- Tube armé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre intérieur du tube est de 400 à 1000 millimètres. 8.- Tube armé selon la revencication 1, caractérisé en ce que la matière thermoplastique est un produit à base de polyesters obtenus à partir de diols saturés et d'acides dicarboxyliques aromatiques. 9.- Tube armé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le polyester se compose essentiellement de polytéréphtalate d'éthylène glycol. 10.- Tube armé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le polyester se compose essentiellement de polyté#éphta- late de butylène. 11.- Tube armé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière thermoplastique se compose de nylon. 12.- Tube armé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière thermoplastique se compose de polypropylène. 13.- Tube armé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière thermoplastique se compose de chlorure de polyvinyle. 14.- Tube armé selon l'une quelconque des revendica -tions 1 à 13, caractérisé en ce que les fibres sont des fibres de verre. 15.- Tube armé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'armature est en fibres de carbone. Tube ube armé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'armature est en fibres de polyparabenzamide. 1 7!- Tube armé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'armature est en fibres de polyparaphénylènet éréphtalamide. 18.- Tube armé selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que les fibres d'armature sont obtenues à partir de fils étirés. 19.- Tube armé selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que le matériau du tube possède dans la direction transversale par rapport à la direction longitudinale une résistance à la traction à court terme qui est d'au moins 4 kN/cm. 20.- Tube armé selon l'une quelconque des revendications 8,9 ou 10, caractérisé en ce que le matériau du tube possède dans la direction transversale par rapport à la direction longitudinale du tube une résistance à la traction à court terme qui est d'au moins 10 kN/cm, de préférence de 16 kN/cm. 21#- Tube armé selon l'une quelconque des revendications 1 à 20, caractérisé en ce que le matériau du tube possède dans la direction transversale par rapport à la direction longitudinale du tube une résistance à la traction à long terme, extrapolée sur 50 ans, qui est d'au moins 7,5 préférence de 12 kN/cm2. 22.- Tube armé selon l'une quelconque des revendications 1 à 21, caractérisé en ce que le tube est muni aux c & ésin- térieur et/ou extérieur d'une mince couche constituée d'une autre matière thermoplastique. 23.- Procédé pour fabriquer un tube armé de fibres selon l'une quelconque des revendications 1 à 22, ces fibres étant distribuées dans une masse de fond de matière thermoplastique et étant orientées de telle manière que leur direction longitudinale fasse un angle avec l'axe du tube, suivant lequel un polymère thermoplastique liquide et mélangé avec des fibres est amené sous pression à l'extrémité d'alimentation d'une fente d'extrusion annulaire et est mis en rotation par les parois intérieure et extérieure de cette fente, qui tournent en sens opposés, le courant de polymère étant consécutivement extrudé à l'autre bout de la fente annulaire, moulé à l'aide d'un dispositif de calibrage et refroidi de manière à donner un tube du diamètre voulu, caractérisé en ce que le courant de polymère, avant d'atteindre le dispositif de refroidissement, est guidé à travers une zone dans laquelle la rotation du courant de polymère est freinée. 24.- Procédé selon la revendication 23, caractérisé en ce que le courant de polymère est freiné à l'intérieur aussi bien qu'à l'extérieur. 25.- Procédé selon la revendication 24, caractérisé en ce que le freinage s'effectue par contact par friction avec le courant de polymère. 26.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 23, 24 ou 25, caractérisé en ce que le freinage s'effectue à l'ai ie de surfaces stationnaires qui sont en contact avec le courant de polymère. 27.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 26, caractérisé en ce que la zone de freinage s'étend en direction axiale du tube sur une distance de 3 mm minimum à 15 mm ma ximum. 28.- Procédé selon la revendication 27, caractérisé en ce que la longueur axiale de la zone de freinage est d'environ 5 mm. 29.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 28, caractérisé en ce que la zone de freinage se joint immédiateinent à la fente d'extrusion annulaire à parois intérieure et extérieure tournant en sens opposés. 30.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 29, caractérisé en ce que, par suite de la rotation, le courant de polymère a une vitesse circonférentielle qui est au moins trois fois plus grande que la vitesse d'extrusion axiale du courant de polymère dans la zone de freinage. 31.- Procédé selon la revendication 30, caractérisé en ce que la vitesse circonférentielle sus-indiquée est dix fois plus grande que la vitesse d'extrusion axiale sus-indiquée du courant de polymère dans la zone de freinage. 32.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l1une quelconque des revendications 23 à 31, muni d'un corps à fente d'extrusion annulaire qui, à son extrémité d'alimentation, est muni d'un raccord pour le polymère fondu mélangé avec des fibres et est raccordé par son extrémité d'évacuation à un dispositif de calibrage et de refroidissement, les parois intérieure et extérieure de cette fente étant réalisées tournantes et étant munies de systèmes d'entraînement pour la rotation en sens opposés, caractérisé en ce qu'à l'extrémité d'évacuation de la fente annulaire est prévue une zone de freinage non tournante, située en amont du dispositif de refroidissement. 33.- Dispositif selon la revendication 32, caractérisé en ce que la zone de freinage non tournante a une longueur axiale de 3 à 15 mm, de-préférence de 5 mm. 34.- Dispositif selon la revendication 32, caractéri- en ence que les parois intérieure et extérieure de la zone de freinage se composent chacune d'une bague stationnaire. 35.- Dispositif selon la revendication 34, caractérisé en ce que la bague stationnaire extérieure est constituée par une bague dont la position est réglable en direction radiale, notamment à l'aide de vis.