Brevet FR2371289A1 — publié le 19780616

La présente invention concerne un procédé de solidarisation d'un élément en matière plastique et d'une pièce en caoutchouc vulcanisé Pour effectuer une telle solidarisation, il est connu de munir la pièce en caoutchouc d'un relief que l'on ancre par se rage dans une échancrure qu'on réserve dans l'élément ou que l'on ménage entre deux parties distinctes de cet élément, qui est ainsi rendu composite pour les besoins de l'ancrage. Ceci présente essentiellement comme inconvénients d'une part qu'il faut donner au relief un volume important pour pouvoir le serrer, ce qui augmente la dépense en caoutchouc, et d'autre part qu'il est nécessaire d'avoir de faibles tolérances pour assurer une force d'ancrage prédéterminée. Il est également connu de coller le caoutchouc sur la matière plastique, mais l'opération est malaisée, consomme de la colle et impose le choix d'une colle compatible avec les deux matériaux et non agressive vis-à-vis d'eux. L'invention a pour but de fournir un procédé de solidarisation qui ne présente pas ces inconvénients. A cet effet, elle a pour objet un procédé de solidarisation d'un élément en matière plastique et d'une pièce en caoutchouc vulcanisé, caractérisé en ce que l'on dispose la pièce nue dans un moule, puis on moule l'élément en utilisant cette pièce comme insert. Dans un premier mode de mise en oeuv#pour solidariser le long de deux surfaces lisses correspondantes respectives un élément en une polyoléfine et une pièce en caoutchouc éthylène-propylènediène-méthylène vulcanisé au soufre ou avec un corps donneur de soufre, on nettoie la surface lisse de la pièce nue avant de positionner celle-ci dans le moule. Dans un second mode de mise en oeuvre, on munit la pièce d'un relief en queue d'aronde, l'élément moulé enrobant entièrement cette queue d'aronde L'invention s'applique notamment, sous l'une ou l'autre forme, à la réalisation d'un élément de tuyauterie en matière plastique muni d'une garniture d'étanchéité annulaire en caoutchouc. 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 assemblage réalise conformémeùt à l'invention; la Fig. 2 est une demi-vue analogue d'un joint réalisé au moyen de cet assemblage; les Fig 3, 5 et 4,6 sont des demi vues correspondant d'une part à la Fig.l, d'autre part à la Fig. 2, d'autres assemblages réalisés conformément à l'invention; la Fig. 7 est une demi-vue analogue à la Fig 1 d'une variante de l'assemblage de cette Fig. 1. Chacune des Fig. L, 3, 5 et 7 montre une garniture d'étanchéité en caoutchouc solidaire d'un élément de tuyauterie intervenant dans la confection d'un joint. Sur les Fig. I à 6, 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 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 semitorique 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 llemboîtement. 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 G. 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 17 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 18 est approximativement égal au diamètre intérieur D de la tulipe d'emboîtement 4; le diamètre de sa surface cylindrique intérieure 19 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 adjacent au bec 12. 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, mais 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 hachures. 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 cet insert,et l'on peut utiliser un noyau simple, c'est-à-dire non rétractable. Après démoulage et refroidissement, on constate que, de façon surprenante, les faces 10 et 13a sont solidarisées 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. Au cours de son 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. La Fig. 3 représente une variante d'assemblage dans laquelle, au moyen du procédé qui vient d'être décrit, le talon 13 est soudé a par sa face radiale 13b opposée à la face 13a contre la tranche d'extrémité 17 de la tulipe 4. L'assemblage garniture G-tulipe 4 est ici réalisé par surmoulage direct de la tulipe sur l'insert constitué par la garniture; il n'y a donc plus aucun glissement relatif à effectuer entre le polypropylène de la tulipe et le caoutchouc de la garniture, et la partie active 15 de celle-ci peut alors avoir une forme générale cylindrique, comme la partie intermédiaire 14. Dans ce cas, la solidarisation intéresse naturellement tout à la fois la tranche d'extrémité 17 de la tulipe et sa-surface interne 21, mais la liaison n'est véritablement fiable que sur les surfaces de la garniture nettoyées préalablement au moulage de la tulipe. Les Fig. 5 et 6 montrent une autre variante dans laquelle la garniture G' est dépourvue de talon, mais présente une surface externe 22 totalement cylindrique. La fixation se fait encore par surmoulage direct de la tulipe 4 sur l'insert constitué par la garniture G', après nettoyage de la-surface 22. Dans les assemblages des Fig. 3 à 6, en l'absence de bague B, on abat l'angle talon 13-partie 14 de la garniture au moyen d'un chanfrein 23 qui sert au guidage et au centrage du bout mâle 8. L'assemblage de la Fig. 7 diffère de celui de la Fig 1 en ce que la garniture G est pourvue sur la face 13a d'une saillie annulaire 24 en queue d'aronde épousant la forme d'une rainure circulaire 25 que présente la face 10 de la bague B. La matière plastique de cette bague et le caoutchouc de la garniture qui sont utilisés peuvent être quelconques. La garniture est positionnée sans nettoyage dans le moule de la bague, et l'on moule celle-ci en utilisant la garniture comme insert. La matière plastique enrobe ainsi la queue d'aronde sans la serrer, ce qui permet d'obtenir de façon très simple an ancrage mécanique tr# économique de la garniture, la saillie 24 pouvant avoir un très faible volume. Il est a noter que dans tous les exemples indiqués, où la garniture agit par compression radiale entre la tulipe et le bout mêle 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 exerces sur la garniture, ce qui est le cas. On a cependant constaté que, moyennant certaines précautions opératoires, la -solidarisation 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 d'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 assemblages réalisés conforirtément à l'invention sont très avantageux: La solidarisation consomme très peu de gomme pour sa fixation, puisque le relief 13 ou 24 peut être réduit aux-dimensions juste nécessaires pour être solidarisé à l'endroit choisi et maintenir avec succès la pièce en caoutchouc contre les efforts d'arrachement axiaux. Eventuellement, ce relief peut même être supprime. Une très petite surface suffit pour la solidarisation; dans le cas de la soudure (Fig. 1 à 6), seul le nettoyage de cette surface de la garniture est nécessaire. Aucun encollage de la garniture n'est nécessaire, ni aucune dépense supplémentaire d'énergie. La solidarisation se réalise très bien même avec de grandes tolérances sur les deux pièces assemblées. On a constaté que le procédé de soudage direct illustré aux Fig. 1 à 6 convenait lorsque la bague B ou la tulipe 4 étaient en une autre polyoléfine, notamment en polyéthylène. De plus, on peut également utiliser ce procédé pour réaliser un joint entre tuyaux en d'autres matières: comme indiqué en traits mixtes aux Fig. 3 à 6, on peut réaliser de cette façon un assemblage garniture-cylindre 26 en polyoléfine et fixer ce dernier au bout de la tulipe. De façon générale, il est clair que le procédé de l'inven- tion est applicable a la solidarisation d'un élément quelconque en matière plastique et d'une pièce quelconque en caoutchouc, sous réserve des restrictions indiquées concernant ces deux matières dans le cas où l'on réalise un soudage direct - REVENDICATIONS 1.- Procédé de solidarisation d'un élément en matière plastique et d'une pièce en caoutchouc vulcanisé, caractérisé en ce que l'on dispose la pièce nue dans un moule, puis on moule l'élément en utilisant cette pièce comme insert. 2.- Procédé suivant la revendication 1, pour solidariser le long de deux surfaces lisses correspondantes respectives l'élément et la pièce, caractérisé en ce que l'on choisit comme matière plastique une polyoléfine et comme caoutchouc un caoutchouc éthylène- propylène-diène-méthylène vulcanisé au soufre ou avec un corps donneur de soufre, et en ce que l'on nettoie la surface lisse de la pièce avant de positionner celle-ci, nue , dans le moule. 3.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on munit la pièce d'un relief en queue d'aronde, l'élément moulé enrobant entièrement cette queue d'aronde. 4.- Application d'un procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 à la réalisation d'un élément de tuyauterie en matière plastique muni d'une garniture d'étanchéité annulaire en caoutchouc.