Brevet FR2371628A1 — publié le 19780616

La présente invention concerne les éléments de tuyauterie intervenant dans la confection des joints entre tuyaux ou analogues à tulipe et bout mâle et à garniture d'étanchéité interposée entre ces deux tuyaux. Ces éléments peuvent être des tulipes d'emboîtement de tuyaux ou de manchons de raccordement de tuyaux, ou encore des bagues telles que des bagues de protection à section en L, destinées à être rapportées sur de telles tulipes. La garniture d'étanchéité peut être du type à compression radiale ou mettre en oeuvre des lèves, ou encore un talon d'ancrage et un bourrelet de serrage du bout mâle reliés par un voile souple. Dans tous les cas, elle est soumise à un effort d'entraînement lorsqu'on introduit le bout mâle dans la tulipe, et à un effort d'expulsion lorsque la pression de service est établie dans la conduite. Il est donc important que la garniture d'étanchéité soit retenue axialement par llun au moins des éléments intervenant dans le joint. Le dispositif de retenue axiale le plus couramment employé jusqu'ici consiste en une collerette radiale de la garniture, ou talon, que l'on ancre dans une rainure annulaire ménagée dans l'un des deux tuyaux. Le plus souvent, la collerette radiale est externe et la rainure annulaire est ménagée à l'intérieur de la tulipe d'em boitement La réservation de la gorge annulaire de logement de la collerette se pratique de façon relativement simple lorsqu'on moule un tuyau de fonte, où l'on peut faire intervenir un noyau en sable de forme appropriée qui se désagrège après la coulée. L'obtention d'une telle rainure sur des tuyaux en matière plastique est par contre beaucoup plus délicate et suppose la mise en oeuvre de mécanismes très complexes et donc très couteux.De toute façon, il faut alors donner au talon une certaine importance volumétrique, qui, du strict point de vue de l'étanchéité entre les tuyaux, est rigoureusement inutile. Il faut d'autre part une assez grande précision dimensionnelle si l'on veut que l'ancrage du talon dans la rainure soit suffisamment ferme et constant d'un joint à l'autre. En outre, les tuyaux en matière plastique sont souvent trop minces pour pouvoir ménager une rainure. On connaît aussi, par exemple par le brevet français 1 328 661, un mode d'ancrage d'une collerette de garniture consistant à serrer cette collerette entre la tranche d'extrémité de la tulipe d'emboîtement et une bague rapportée sur cette dernière. Là encore, il faut une certaine précision dimensionnelle pour réaliser cet ancrage, et l'on absorbe toujours, dans le pincement axial de la collerette , un volume de gomme qui n'a aucune utilité pour l'étanchéité. De plus, ceci exclut une fixation simple, par exemple par enclenchement de reliefs peu accentués,de la bague, en raison de la force axiale importante, due au serrage de la collerette, que cette fixation doit supporter. On connaît encore des procédés d'accrochage par collage de la garniture sur l'emboîtement. Ceci représente un travail supplémentaire assez long, donc coûteux, et soulève des problèmes de compatibilité des colles avec d'une part la garniture caoutchouc, d'autre part l'élément de tuyauterie d'accueil, qui ne sont pas toujours faciles à résoudre: par exemple, si la tuyauterie est en matière plastique, il faut trouver des colles qui sont efficaces tant sur le plastique que sur le caoutchouc, sans présenter d'agressivité vis-à-vis de la matière plastique ni du caoutchouc. L'invention a donc pour but de résoudre ce problème de la retenue axiale d'une garniture d'étanchéité d'une façon qui ne présente pas les inconvénients ci-dessus. A cet effet, elle a pour objet un élément de tuyauterie constitutif d'un joint, du type présentant un emboîtement dans lequel est fixée une garniture d'étanchéité annulaire et qui possède une surface lisse en une polyoleine, caractérisé en ce que la garniture est en caoutchouc éthylène-propylène-diène-méthylêne vulcanisé au soufre ou avec un corps donneur de soufre et possède une surface lisse correspondant à la surface lisse de l'emboîtement et soudée directement sur celle-ci. La surface lisse de l'emboîtement peut être rapportée sur ce dernier, ou bien être entwièrement réalisée en polyoléfine. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un tel élément de tuyauterie. Dans un premier mode de mise en oeuvre, on nettoie la surface lisse de la garniture, on chauffe les deux surfaces lisses à des températures voisines, la surface lisse de l'emboîtement étant portée à la température de ramollissement de la polyoléfine, et l'on applique l'une contre l'autre ces deux surfaces lisses. Dans un second mode de mise en oeuvre,on nettoie la surface lisse de la garniture, on positionne cette garniture dans un moule, et l'on moule l'emboîtement en utilisant la garniture comme insert. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif et en regard du dessin annexé, sur lequel: la Fig. 1 est une demi-vue en coupe diamétrale d'un élément de tuyauterie suivant l'invention; la Fig. 2 est une demi-vue analogue d'un joint réalisé au moyen de cet élément; les Fig. 3, 5, 7 et 4, 6, 8 sont des demi-vues correspondant d'une part à la Fig. 1, d'autre part à la Fig. 2, d'autres modes de réalisation de l'invention. Chacune des Fig. 1, 3, 5 et 7 montre une garniture d'étan chiite en caoutchouc solidaire d'un-élément de tuyauterie intervenant dans la confection d'un joint. La garniture est moulée et vulcanisée d'une seule pièce à partir d'un mélange éthylène-propylène-diène-méthylène, avec du soufre ou un corps donneur de soufre tel qu'un mercaptan. L'élément sur lequel cette garniture est fixée est moulé en polypropylène. Sur la Fig. 1, cet élément en polypropylène est une bague B ayant en section un profil en L. Cette bague comprend une jupe cylindrique 2 et une collerette radiale interne 3. La jupe 2, formant emboîtement,- est destinée à coiffer sur une partie de sa longueur l'extrémité d'une tulipe d'emboîtement 4 et à y être retenue par clipsage ou encliquetage d'un bourrelet intérieur semi-torique 5, continu ou non, dans une gorge correspondante 6 de la paroi extérieure de la tulipe 4. Pour faciliter la mise en place de la bague B, un chanfrein intérieur 7 est réservé à l'extrémité de la jupe 2 opposée à la collerette 3. La tulipe 4 peut notamment terminer un tuyau ou un manchon de raccordement de tuyaux et reçoit, en service, le bout mâle 8 d'un second tuyau. La collerette 3 est limitée par deux plans radiaux, l'un externe 9, l'autre interne 10; sur ce dernier est fixée la garniture G, dans les conditions décrites plus loin. La collerette 3 est limitée intérieurement, intérieurement s'entendant au sens radial, par une surface conique 11 qui favorise le guidage du bout uni au moment de son introduction dans l'emboîtement. Le bec 12 situé à l'angle de la surface conique intérieure 11 et du plan radial 10 de la collerette 3 a un diamètre intérieur légèrement supérieur au diamètre extérieur d du bout mâle, de façon à contribuer au centrage de celui-ci dans la tulipe 4 en vue d'assurer un bon fonctionnement du joint sur toute sa périphérie, La garniture G comprend essentiellement trois parties, qui sont respectivement un talon 13, une partie intermédiaire .14 et une partie active 15. Le talon 13 est la partie de la garniture G par laquelle celle-ci est solidarisée avec la surface radiale 10 de la bague B Ce talon est radial et d'épaisseur constante; la surface cylindrique externe 16 qui le limite radialement a un diamètre légèrement inférieur au diamètre intérieur de la jupe 2. L'épaisseur du talon 13 est juste suffisante, compte tenu des caractéristiques de résistance à la traction du caoutchouc constitutif de la garniture G, pour résister au déchirement au niveau du raccordement entre ce talon et la partie 14 décrite plus loin. Cette épaisseur est d'autre part telle que, lorsque la bague B est encliquetée sur la tulipe 4, le talon 13 ne soit pas serré entre la face 10 et la tranche d'extrémité de la tulipe 4. La partie 14 de la garniture G est cylindrique et se raccorde à l'extrémité interne du talon 13. Le diamètre de sa surface cylindrique externe 17 est approximativement égal au diamètre intérieur D de la tulipe d'emboîtement 4; le diamètre de sa surface cylindrique intérieure 18 est légèrement supérieur à celui d de la surface extérieure du bout uni 8, de façon à centrer ce bout uni dans les mêmes conditions que le fait déjà le bec 12. L'angle saillant entre le talon 13 et la partie# cylindrique 14 est abattu par un chanfrein 19. La partie 15 de la garniture G est la partie active, celle qui assure l'étanchéité du joint. Dans ce but, son épaisseur est calculée pour satisfaire aux exigences d'une compression radiale entre la tulipe 4 et le bout uni 8 après l'introduction de ce dernier, c'est-à-dire qu'elle est supérieure à la demi-différence D-d. De plus, cette partie active 15 est équipée, à l'opposé du talon 13, de deux lèvres divergentes 20 que la pression de service établie dans la conduite applique respectivement contre la tulipe 4 et contre le bout uni 8. Cette partie 15 a une forme générale tronconique divergente vers l'extérieur du joint, c'est-à-dire vers le talon 13. Cette inclinaison, en association avec le chanfrein 7, favorise la mise en place de l'ensemble bague B -garniture G, qui a une section en U, sur la tulipe 4. On voit sur la Fig 2 le joint complètement monté, avec non seulement la bague B et la garniture G fixées sur la tulipe 4 par le clipsage 5-6, axais également le bout uni 8 introduit dans la tulipe 4. La zone de contact entre la collerette 3 de la bague B et le talon 13 de la garniture G est représentée avec des hachu--es. Cette solidarisation est obtenue à chaud dans les conditions suivantes. La garniture G, moulée et vulcanisée à partir du mélange indiqué plus haut en présence d'un agent de démoulage tel que le silicone, subit tout d'abord un nettoyage de sa face radiale extérieure 13a au moyen d'un solvant de l'agent de démoulage et de la cire qui ressue à la surface du caoutchouc. Ce solvant peut être par exemple de l'acétone, de l'essence ou de l'alcool méthylique. Puis cette garniture, nue, c'est-à-dire sans aucun enduit, est positionnée dans le moule d'injection de la bague B pour jouer le rôle d'un insert. On pratique ensuite l'injection du polypropylène, après fermeture du moule sur son insert. On-peut également réaliser, toujours à chaud, la solidarisation du talon 13 contre la collerette 3 en employant la technique dite de "soudure au miroir" décrite avec l'appareillage adéquat pour obtenir une soudure par aboutement dans le brevet français 1 183 622.- Dans ce cas, on applique simultanément les faces 10 et 13a sur les deux faces d'une plaque chauffante; lorsque la face 10 se ramollit, on retire la plaque chauffante et l'on applique l'une contre l'autre les faces lO et 13a.Le chauffage du caoutchouc sert à éviter un brusque refroidissement du polypropylène lors de cette application et la formation d'un film solide entravant la liaison des deux matières.Les bourrelets de matière plastique qui se forment à chaud se logent entre la surface 16 et la jupe 2 et dans l'espace libére par le chanfrein 19. Dans les deux modes d'assemblage, on constate que, de façon surprenante, les faces 10 et 13a se solidarisent directement de façon très solide: si l'on tire sur la garniture, ces faces ne se séparent pas, c'est le caoutchouc qui se déchire dans sa masse. On pense que la solide liaison réalisée est due à la création de ponts entre les deux matières provoquée par la présence du soufre résiduel dans le caoutchouc- vulcanisé. Dans le mode d'assemblage par moulage, le polypropylène fondu vient au contact de la surface cylindrique 16, non nettoyée, du talon 13. Il peut donc également se produire une liaison plus ou moins étendue et plus ou moins solide à cet endroit, ce qui n'est pas gênant. De plus, si l'on veut, pour des raisons d'économie, utiliser un noyau de moulage simple, non rétractable, il est préférable de ne pas prévoir de chanfrein 19, car l'espace libéré par ce chanfrein serait rempli de matière plastique lors du moulage, ce qui formerait une "pointe" dure et fragile à cet endroit. Par contre, dans les exemples qui vont suivre où la garniture est directement fixée à la tulipe 4, le chanfrein 19 est très souhaitable car, sans présenter cet inconvénient, c'est lui qui assure le guidage et le centrage du bout mâle 8. La Fig. 3 représente une variante de l'invention dans laquelle on soude, par l'un des deux procédés qui viennent d'être décrits, b le talon 13, et plus précisément sa face radiale 13 opposée à la face 13a, contre la tranche d'extrémité 21 de la tulipe 4. Dans ce cas, si4'on utilise la technique de "soudure au miroir", il est de nouveau recommandé de donner à la partie active 15 de la garniture G une allure générale tronconique de façon que la tulipe 4 Puisse venir se loger facilement contre l'épaulement constitué par le talon 13 de la garniture.La Fig. 4 représente le joint à l'état monté, avec la partie active 15 seule comprimée radialement entre le bosut uni 8 et la tulipe 4, avec ses lèvres 20 susceptibles d'être appliquées contre le bout uni et l'emboîtement par la pression, comme précédemment. Par contre, si l'assemblage garniture G-tulipe 4 est réalisé par surmoulage direct de la tulipe sur l'insert constitué par la garniture, il n'y a plus aucun glissement relatif à effectuer entre le polypropylène de la tulipe et le caoutchouc de la garniture; la partie active de celle-ci peut alors avoir une forme générale cylindrique, comme la partie intermédiaire 14. Cette configuration est représentée aux Fig. 5 et 6. Dans ce cas, la solidarisation intéresse naturellement tout à la fois la tranche d'extrémité 21 de la tulipe et sa surface interne 22,mais la liaison n'est véritablement fiable que sur les surfaces de la garniture nettoyées préalablement au moulage de la tulipe. La Fig. 7 montre une autre variante dans laquelle la garniture G'est dépourvue de talon, mais présente une surface externe 23 totalement cylindrique. La fixation peut se faire par surmoulage de la tulipe sur l'insert constitué par la garniture G: après nettoyage de la surface 23. Dans ce cas, comme dans l'exemple précédent, la partie active de la garniture peut être cylindrique puisqu'il n'y a pas de mouvement relatif de la tulipe par rapport à cette garniture. On peut également envisager une soudure "au miroir" de la façon suivante : on choisit le diamètre de la surface 23 légèrement inférieur au diamètre D; on- dispose entre la garniture et la tulipe, convenablement positionnées axialement, une bague fendue chauffante cylindrique ou tronconique. Quand la surface intérieure de la tulipe est ramollie, on retire cette bague et l'on produit une expansion de la garniture, par exemple au moyen d'un tube intérieur gonflable. Dans ce cas, il est souhaitable que la partie active de la garniture ait une forme tronconique, comme représenté à la Fig.7. En raison de l'utilité d'une bague de centrage du bout mâle 8 et de protection du joint contre les poussières et autres corps étrangers, on peut bien entendu rapporter une telle bague B' sur les joints des Fig. 3 à 8, comme représenté en traits mixtes aux Fig. 7 et 8. 11 est à noter que dans tous les exemples indiqués, où la garniture G agit par compression radiale entre la tulipe et le bout mâle ou par application de ses deux lèvres d'extrémité contre ces deux parties, la solidarisation à chaud de la garniture contre la surface intéressée de l'élément de tuyauterie peut être imparfaite sans que cela nuise à l'étanchéité. Il suffit que cette solidarisation soit assez solide pour équilibrer les efforts axiaux exercés sur la garniture, ce qui est le cas. On a pourtant constaté que, moyennant certaines précautions opératoires, la soudure directe ainsi réalisée peut être rendue suffisamment fiable pour assurer par elle-même une étanchéité.On peut alors l'utiliser pour assurer la fixation directe et l'étanchéité d'un talon de garniture dans une tulipe, la garniture a'étanchéité comportant à son autre extrémité un bourrelet serrant le bout uni, espacé de la tulipe et réuni au talon par un voile souple. Les joints réalisés conformément à l'invention sont très avantageux: La solidarisation par soudage direct consomme très peu de gomme pour sa fixation, puisque le talon 13 peut être réduit à la pellicule juste nécessaire pour être solidarisée à l'endroit choisi et maintenir avec succès la garniture contre les efforts axiaux. Eventuellement, ce talon peut même être supprimé. Une très petite surface suffit pour la solidarisation; le nettoyage du reste de la garniture est superflu. Aucun encollage de la garniture n'est nécessaire, ni aucune rainure dans la tulipe, La soudure se réalise très bien même avec de grandes tolérances sur les deux pièces assemblées. On a constaté que les mêmes procédés de soudage direct convenaient lorsque la bague B ou la tulipe 4 étaient en une autre polyoléfine, notamment en polyéthyiène. De plus, on peut également utilist l'invention pour réaliser un joint entre tuyaux en d'autres matières: comme indiqué en traits mixtes aux Fig. 3 et 4, on peut déposer sur la tranche d'extrémité de la tulipe une couche 24 de polyoléfine, puis souder "au miroir" le talon de la garniture sur cette couche. On peut aussi réaliser, par l'un des deux procédés, un assemblage garniture cylindre 25enpolyoléfine et fixer ce dernier au bout de la tulipe (traits mixtes des Fig. 5 et 6). On peut encore déposer une couche tubulaire 26 de polyoléfine sur la surface interne de la tulipe (traits mixtes des Fig. 7 et 8) et souder "au miroir" sur cette couche une garniture cylindrique G'. Ces diverses variantes permettent notamment de fixer une garniture à des tuyaux en fonte à emboîtement lisse, et donc de simplifier le noyau et la coulée de ces derniers. - REyENDICATTONS 1 - Elément de tuyauterie constitutif d'un joint1 du type pré sentant un emboîtement dans lequel est fixée une garniture d'étan chéité annulaire et qui possède une surface lisse annulaire en une po1yoléf#ine,caractéri#sé en ce que la garniture (G,G') est en caout chouc éthylène-propylène-diène-méthylène vulcanisé au soufre ou avec un corps donneur de soufre et possède une surface lisse annulaire (13a,13b,23) correspondant à la surface:lisse annulaire de l'emboîte- ment (12,4) et soudée directement sur celle-ci. 2 - Elément de tuyauterie suivant la revendication li consistant en une bague destinée à être rapportée sur la tulipe d'extrémité d'un a élément de canalisation, caractérisé en ce que la surface lisse (13a) de la garniture appartient à un talon radial (13j de celle-ci et est soudée sur une face radiale (10) de la bague (B) constituant la surfacelisse de cette bague. 3 - Elément de tuyauterie suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la bague- (B) et la tulipe (4) sont pourvues d'organes d'encliquetage complémentaires '(5-6) qui, lorsqu'ils coopèrent, ménagent entre la face radiale interne (10) de la bague et la tran-. che d'extrémité de la tulipe un-intervalle d'épaisseur au moins égale à l'épaisseur dudit talon (13). 4 - Elément de tuyauterie suivant la revendication 1,- consistant en une tulipe d'extrémité d'un élément de canalisation, caraètérisé a en ce que la surface lisse (43a) de la garniture appartient à un talon radial (13) de celle-ci et est soudée sur la- tranche d'extrémité (21) de la tulipe (4). 5 - Elément de tuyauterie suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la garniture (G) possède une seconde surface lisse qui est cylindrique et soudée directement sur une seconde surface lisse (22), intérieure, de la tulipe (4). 6 - Elément de tuyauterie suivant la revendication 1, consistant en une tulipe d'extrémité d'un élément de canalisation, caractérisé en ce que la garniture (G') est dans l'ensemble cylindrique et dépourvue de talon et en ce que lesdites surfaces lisses sont respectivement-la surface extérieure (23) de la garniture et la surface intérieure de la tulipe (4) 7 - Elément de tuyauterie suivant l'une quelconque des reven dications 1 à 5,caractérisé en ce que la garniture possède une par tie active espacée radialement de la surface lisse de l'emboîtement. 8 - Elément de. tuyauterie suivant l'une quelconque des reven dications 1 à 7, caractérisé en ce que la surface lisse de l'emboî- tement (4) est rapportée sur ce dernier. 9 - Procédé de fabrication d'un élément de tuyauterie suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'on nettoie la surface lisse de la garniture, on chauffe les deux surfaces lisses à des températures voisines, la surface lisse de l'emboîtement entant portée à la température de ramollissement de la polyoléfine,. et l'on applique l'une contre l'autre ces deux surfaces. lisses. 10 - Procédé de fabrication d'un élément de tuyauterie, suivant la revendication 9, caractérisé en ce que, pour chauffer les deux surfaces lisses, on les applique simultanément sur les deux faces d'un élément chauffant de forme correspondante, jusqu a ramollissement de la polyoléfine, puis on retire cet élément chauffant et l'on applique l'une contre l'autre les deux surfaces lisses. 11 - Procédé de fabrication d'un élément de tuyauterie,suivant la revendication 10, caractérisé en ce que, dans le cas où les deux surfaces lisses sont cylindriques, on applique celle de la garniture contre l'autre au moyen d'une chambre tubulaire gonflable, 12 - Procédé de fabrication d'un élément de tuyauterie suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'on nettoie la surface lisse de la garniture, on positionne cette garniture dans un moule, et lion moule l'emboîtement en utilisant la garniture comme insert