Brevet FR2389060A1 — publié le 19781124

La présente invention concerne un tuyau moulé en polymère thermoplastique et renforcé extérieurement, ainsi qu'un procédé pour sa-fabrication. L'invention vise - selon un de ses aspects, un tuyau moulé- en polymère thermoplastique portant sur sa face extérieure une étoffe de renforcement formée de filaments d'armature et de filaments en un polymère thermoplastique, compatible avec celui constituant le tuyau, les filaments thermoplastiques étant fusionnés avec la face extérieure du tuyau - selon un autre aspect, un procédé de renforcement de tuyau moule en polymère thermoplastique, consistant è enrouler autour de la face extérieure du tuyau, a l'état ramolli, une étoffe formée de filaments d'armature et de filaments en un polymère thermoplastique compatible avec celui constituant le tuyau, de façon à faire fusionner les filaments thermoplastiques avec la face extérieure du tuyau. Bien qu'on connaisse des structures formées d'une feuille thermoplastique liée à une étoffe composite en filaments thermoplastiques et filaments d'armature, décrites dans le brevet britannique NO 1.052.949 au nom de la Demanderesse, on n'a pas appliqué ce type de structure à des tuyaux moulés. La coutume, pour réaliser des tuyaux ayant une telle structure composite, est de cintrer la feuille décrite dans le brevet précité pour la mettre sous forme de tuyau, puis de souder ses bords juxtaposés pour réaliser un tuyau présentant une soudure parallèle à son axe. Ce mode de construction exige une maind'oeuvre qualifiée et est onéreuse ; il convient mieux pour des tuyaux de grand diamètre ; en outre, des points faibles risquent d'apparaître dans la zone soudée. Ces difficultés sont supprimées par la présente invention. Selon le procédé visé par ltinventionr l'étoffe est de préférence enroulée en hélice sur la face extérieure du tuyau. A cette fin, on peut monter un tronçon de tuyau de façon qu'il tourillonne autour de son axe et faire arriver l'étoffe sur la face extérieure du tuyau à partir d'une tête d'enroulage. On engendre un mouvement rectiligne relatif entre le tuyau et la tête d'enroulage, suivant l'axe du tuyau, pendant rotation de ce dernier. On peut ramollir la face extérieure du tuyau par chauffage ou application d'un produit dissolvant le polymère, et ce ramollissement est de préférence opéré localement sur la surface du tuyau juste avant qu'elle n'entre en contact avec l'étoffe, ceci pour minimiser les frais et éviter une déformation inadmissible du tuyau En variante, la tête d'enroulage peut se déplacer en translation circulaire autour de l'axe du tuyau alors que celui-ci est en cours d'extrusion et que sa face extérieure est encore assez molle pour fusionner avec les filaments thermoplastiques de l'étoffe. Le tuyau peut être moulé en tout polymère thermoplastique convenant pour l'usage prévu, y compris les homopolymères, copolymères et mélanges de polymères, mais l'invention présente un intérêt particulier pour les tuyaux en polypropylène. Du fait même de son caractere inerte qui le rend si indiqué pour canaliser des fluides corrosifs vis-à-vis d'autres matières, le polypropylène est difficile à lier à une gaine extérieure de renforcement. En prévoyant une étoffe composite à laquelle on incorpore des filaments thermoplastiques compatibles avec la matière constituant le tuyau, en ce sens qu'ils fusionnent avec la face extérieure du tuyau ramollie par chauffage ou par solvant, on parvient à assurer cette liaison. L'idéal est que les filaments soient en le même polymère que le tuyau, par exemple en polypropylène quand le tuyau est en polypropylène. Les filaments d'armature peuvent être choisis d'après le degré de renforcement requis. Des filaments de verre donnent un bon rapport résistance/cout et sont compatibles avec d'autres couches d'armature en stratifié verre-résine. En fait, on tire le meilleur parti possible de l'étoffe de renforcement composite quand celle-ci sert d'agent de liaison" entre le tuyau en polymère et une armature en vrac, par exemple en stratifié verre-résine. L'étoffe est de préférence tissée pour que la résistance soit maximale, mais des étoffes tricotées, tressées et non tissées conviennent aussi. On peut adopter une structure d'étoffe telle que les filaments thermoplastiques soient plus exposés sur une face de l'étoffe que sur l'autre, par exemple une armure satin, pour faciliter le fusionnement avec la surface du tuyau. La largeur de l'étoffe est choisie selon le mode de pose Pour un enroulage en hélice, il est plus commode d'utiliser une étoffe étroite, sous forme de bande. On va maintenant décrire à titre d'exemple un mode de mise en oeuvre de l'invention en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue schématique de profil d'un tuyau monté de façon à tourillonner autour de son axe sur une fraiseuse Universal (en fait, on peut utiliser toute machine du genre tour apte à engendrer un mouvement relatif helicoldal entre le tuyau et la tête d'enroulage de bande) - la figure 2 représente le tuyau à plus grande échelle, en coupe droite suivant la ligne Il-Il de la figure 1, et la tête d'enroulage de profil - la figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne III-III de la figure 2, et - la figure 4 est une vue en coupe droite à grande échelle de la semelle du patin de chauffage de la tête d'enroulage montrée sur les figures 2 et 3. La figure 1 représente schématiquement la table de travail 1 d'une fraiseuse Universal, sur laquelle sont prévues une poupée diviseur 2 et une contre-poupée 3. La table de travail 1 présente un montage coulissant sur une plaque tournante non représentée. Un tuyau 4 extrudé, par exemple en polypropylène, est monté entre la poupée diviseur et la contre-poupée dans des bouts mâles -respectifs 5 et 6. I1 peut tourner autour de son axe sous l'effet de la poupée diviseur et l'on peut établir une corrélation entre cette rotation et le mouvement longitudinal décrit par la table de travail sur la plaque tournante associée au moyen d'engrenages, non représentés, reliant la poupée diviseur à la vis-mère, non représentée, de la table de travail. Une tête d'enroulage 7 est simplement symbolisée par un rectangle en traits interrompus sur la figure 1, mais ses pièces constitutives sont représentées plus en détail sur les figures 2 et 3. Ces pièces sont montées sur la lunette non représentée de la fraiseuse et demeurent donc fixes pendant que la surface du tuyau décrit devant elles un mouvement hélicoldal resultant du double mouvement de rotation et de translation du tuyau. Une bande 8, par exemple tissée en fils de verre et en fils de polypropylène, arrive d'une bobine 9 montée sur des supports 10, puis contourne le nez et défile sous la semelle d'un fer à repasser 11, qui la presse contre la face extérieure du tuyau 4. Le fer est mobile verticalement dans des bras de support 12, disposés au-dessus de l'axe de rotation-du tuyau, et est sollicité de haut en bas vers la surface du tuyau par un ou plusieurs ressorts nfin représentés. La tête d'enroulage 7 est placée de façon que l'axe de rotation de la plaque tournante de la machine passe par la partie de la semelle du fer 11 qui presse la bande 8 contre la surface du tuyau. Le fer est orienté de façon que son nez ait, sur l'axe du tuyau, une inclinaison égale à l'angle d'hélice à adopter pour enrouler la bande 8 sur le tuyau.Toutefois, pour plus de clarté,les figures 2 et 3 représentent le nez du fer parallèle à l'axe du tuyau. Pour plus de clarté aussi, on a supprimé les tuyaux souples d'entrée et de sortie assurant le refroidissement à 11 eau du fer. Un oeillet guide-bande 13 en céramique est ménagé dans une plaque 14 qui s'étend entre les bras de support 12, auxquels elle est fixée. La face extérieure du tuyau est ramollie localement, juste avant de défiler sous le fer 11, par contact avec un patin chauffant 15, porté par une barre 16 et sollicité vers le tuyau, radialement vers l'intérieur, par un ou plusieurs ressorts non représentés. Le patin est chauffé électriquement et comporte des moyens de téléréglage de la température. Sa pointe est orientée parallèlement à l'axe du tuyau et est légè- rement plus étroite que la bande 8 pour tenir compte de l'effet de dégradé marginal dans le ramollissement de la surface du tuyau. La semelle 17 du patin chauffant a# la section représentée sur la figure 4, présentant trois rainures longitudinales 18 destinées à permettre au polymère dégradé de stéchapper en continu, assez lentement pour éviter tout effet notable sur l'adhérence de la bande au tuyau. En l'absence de ces rainures, du polymère dégradé pourrait s'accumuler derrière le patin et être libéré par morceaux de manière aléatoire, ce qui risquerait de diminuer l'adhérence et de nuire à l'aspect du produit. La bande 8 est préchauffée par un dispositif de chauffage 19 à faisceau infrarouge étroit, disposé près du nez du fer 11 et monté sur un bras flexible 20 qui permet de l'écarter pour enfiler la bande dans la machine. Ce dispositif 19 comporte aussi des moyens de téléréglaae de la température. En fonctionnement, la table de travail 1 est disposée de façon que l'une des extrémités, gauche par exemple, du tuyau soit située à l'aplomb du fer 11 et mette sous compression les ressorts associés tant au fer 11 qu'au patin chauffant 15. On enfile la bande dans le guide céramique 13, on lui fait contourner le nez du fer 11, on la rabat sous la semelle du fer et on la fixe sur l'extrémité du tuyau au moyen d'un tronçon de ruban adhésif. On assure la mise à température du patin chauffant 15 et du dispositif de chauffage à faisceau étroit 19 avant d'amorcer simultanément la rotation du tuyau dans le sens de la flèche a (finure 2) et le mouvement rectiligne de la table de travail dans le sens de la flèche b (fivure 1). Ainsi, la bande s'enroule en hélice autour du tuyau, cependant que# le fer à refroidissement Il la presse sur la surface du tuyau, ramollie par le patin chauffant 15, pour faire fusionner les filaments en polypropylène et la surface du tuyau. Les spires de bande sont de préférence jointives, c'est-à-dire que le pas d'hélice est égal à la largeur de la bande, mais à défaut d'une telle précision, un léger espacement est préférable à un chevauchement. Exemple On a utilisé l'appareil décrit ci-dessus pour renforcer un tuyau en polypropylène extrudé ayant un diamètre extérieur de 100 mm et une épaisseur de paroi de 6,4- mm. La bande est une bande tissée de 38 mm de large comportant 75 % de fil de verre et 25 % de fil de polypropylène dans une armure satin de métier à quatre lames. On la déroule de façon que ce soit sa face comportant le plus de fil en polypropylène exposé qui soit dirigée vers la surface du tuyau quand la bande arrive sous la semelle du fer. On incline la table de travail de la fraiseuse suivant un angle d'hélice de 6,50 et on lui imprime un mouvement rectiligne à raison de 62 mm/mn en faisant tourner le tuyau à raison de 1,625 tr/mn. On fait fonctionner le patin chauffant à une température de 5000C et le dispositif de chauffage à faisceau étroit à 800C. On détermine la force d'adhérence entre le tuyau et la bande enroulée par des essais tant de cisaillement que d'arrachement et les valeurs obtenues sont respectivement de 7,40 x 106 N/m2 et de 3,85 x 103 N/m. On mesure la résistance à llarrachement par traction appliquée à la bande perpendiculairement à la tangente au tuyau au point d'aboutissement de la traction. REVENDICATIONS 1 - Tuyau moulé en polymère thermoplastique et portant sur sa face extérieure une étoffe de renforcement, caractérisé en ce que l'étoffe de renforcement est formée de filaments d'armature et de filaments en un polymère thermoplastique compatible avec celui formant le tuyau, et en ce que les filaments thermoplastiques sont fusionnés avec la face extérieure du tuyau. 2 - Tuyau selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étoffe de renforcement est à structure tissée. 3 - Tuyau selon la revendication 1 ou 2, carac térisé en ce que l'étoffe de renforcement est une bande enroulée en hélice autour de la face extérieure du tuyau. 4 - Tuyau selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le polymère thermoplastique constituant le tuyau et les filaments de l'étoffe de renforcement est du polypropylène, et en ce que les filaments d'armature de l'etoffe de renforcement sont en verre. 5 - Tuyau selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte une couche de renforcement en stratifié verre-résine liée avec -l'étoffe de renforcement. 6 - Procédé pour le renforcement d'un tuyau moulé en polymère thermoplastique par enroulement d'une étoffe de renforcement autour de la face extérieure du tuyau, caractérisé en ce que l'étoffe de renforcement est formée de filaments d'armature et de filaments en un polymère thermoplastique compatible avec celui constituant le tuyau, et en ce qu'on opère l'enroulement alors que la face extérieure du tuyau est ramollie, afin de faire fusionner cette face avec les filaments thermoplastiques de l'étoffe de renforcement 7 - Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que l'étoffe est une bande enroulée en hélice autour de la face extérieure du tuyau: 8 - Procédé selon la revendication 6- ou 7, carac térisé en ce qu'on opère la mise en oeuvre lorsque le tuyau émerge d'une machine d'extrusion de tuyaux. 9 - Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'on chauffe la face extérieure du tuyau pour la ramollir localement avant qu'elle n'entre en contact avec l'étoffe de renforcement enroulée autour d'elle. 10 - Procédé selon la revendication 9, carac térisé en ce qu'on refroidit positivement la surface ramollie du tuyau pour la durcir après son entrée en contact avec l'étoffe de renforcement en cours d'enroulement autour d'elle.