Brevet FR2434326A1 — publié le 19800321

L'invention a pour objet un tube composite comprenant une gaine métallique et un revêtement in-térieur continu en matière plastique qui adhère fermement à la gaine métallique. Un tel tube convient pour les reseaux de circulation d'eau ou d'autres fluides à une température ne dépassant pas 1000C et à une pression pouvant être, couram- ment, de 10 kg/cm2. Le tube de l'invention convient particuliè- rement bien pour les circuits d'eau chaude sanitaire. - On sait que l'on emploie de iaaniè- re usuelle des tubes en métal et des tubes en matière plastique pour les réseaux d'eau froide, ou même d'eau chaude, dans les habitations. Si on ne rencontre pas beaucoup de difficultés quand il s'agit d'eau froide,il en est autrement avec l'eau chaude dont la température peut atteindre une valeur proche de 1000C. Les tubes en matière plastique se déforment et s'allongç#nt par suite d'un phénomène de fluage.Quant aux tubes en métal, il est souvent souhaitable pour des raisons de facilité de fabrication et de légéreté de les réaliser en aluminium, mais ce métal~~ est susceptible d'être attaqué et percé par certaines eaux qui deviennent corrosives quand elles sont chaudes, ce qui oblige à prévoir des épaisseurs importantes qui ne sont pas nécessaires au strict point de vue de la résistance mécanique. On trouve aussi dans le commerce des tubes en aluminium extrudé qui sont revêtus extérieurement d'une enveloppe continue en matière plastique. Ce revêtement est réalisé pour des raisons de présentation et d'apparence il n'y a pas d'adhérence réelle entre la matière plastique et le métal et, en définitive, on utilise ces tubes uniquement pour les réseaux d'eau froide. Dans le domaine de la circulation d'eau chaude et surtout d'eau chaude sous pression, on ne connait pas de tube en aluminium de faible épaisseur protégé inté- rieurement contre la corrosion par un revêtement en matière plastique a adhérant solidement au métal. Il est essentiel pour un tel usage, que le revêtement intérieur en matière plastique soit solidement accroché au métal en tous points pour que la dilatation due à la chaleur de l'eau ne soit pas la cause de difficultés. En effet, en raison de la différence considérable des coeffi cients de dilatation linéaire de la matière plastique ( de l'ordre de 1,5 mm par mètre pour 100C ) et de l'aluminium ( de l'ordre de 0,24 mm par mètre pour 109C lorsque les deux matières n'adhèrent pas totalement l'une à l'autre, le revêtement intérieur se dilate plus que le métal et tend à sortir de ce dernier en donnant naissance à des contraintes élevées s'exerçant sur les raccords, les robinets et tous les appareils montés sur la canalisation. Une autre raison fait qu'il est souhaitable de parvenir a une forte adhérence entre la matière plastique et le métal. Du fait de la faible épaisseur de ce dernier, on peut facilement cintrer ou courber les tubes à la main, à condition de pouvoir empêcher le plissement qui tend à se produire pendant une telle opération. Le revêtement en matière plastique est capable d'empêcher la formation des plis du métal, pendant l'incurvation, à condition qu'il existe une bonne adhérence ne permettant pas aux deux matériaux de se séparer. L'invention a pour but principal d'apporter, d'une part un tube composite comprenant une gaine étanche en métal et un revêtement continu intérieur en matière plastique adhérant fermement au métal, d'autre part, un procédé de fabrication d'un tel tube. Un tube composite conforme à l'invention comprend une gaine étanche en métal, à faible épaisseur de paroi, constituée par une bande de métal conformée en tube et soudée le long de la ligne de fermeture et un revêtement intérieur adhérant en matière plastique telle que le polyéthylène. La nature et l'épaisseur du métal sont en grande partie fonction des conditions d'emploi du tube obtenu. Pour une température ne dépassant pas 1000C et une pression de l'ordre de 10 kg/cm2, il est préférable, selon l'invention, d'utiliser de l'aluminium recuit ayant une épaisseur de paroi de 0,2 à 0,7mm, environ, Le tube composite de l'invention peut être utilisé tel quel ou être revêtu extérieurement d'une autre couche de matière plastique. Des tubes en métal recouvert d'une couche extérieure de matière plastique sont connus ; leur réali- sation est classique. A-ce point de vue, le tube composite de l'invention peut être traité comme un tube classique en métal seulement. Pour obtenir un tube composite conformément au procédé de l'invention, à l'aide d'une machine d'extrusion ayant une tête d'extrusion d'équerre,ou à 900, munie d'une filière allongée terminée par un orifice annulaire d'extrusion, on part d'un feuillard en métal ayant une largeur convenable, on incurve en U ce feuillard. On le fait circuler le long de la filière allongée, celle-si se trouvant dans le fond arrondi du profil. On referme le feuillard sur lui-même en l'appliquant contre la face extérieure de la filière, on exécute une couture longitudinale fermant définitivement le feuillard de façon étanche pour obtenir une gaine métallique tubulaire entou- rant la filière et circulant le long de celle-ci au-delà de l'orifice d'extrusion.On extrude la matière plastique par l'orifice annulaire de la filière, au voisinage de la face interne de la gaine métallique tubulaire, cependant qu'on maintient une pression de gaz à l'intérieur de la matière plastique extru- dée. Si nécessaire, avant de refermer le feuillard ou pendant cette opération, on le chauffe à une température sensiblement égale à la température d'extrusion de la matière plastique. On exécute la couture longitudinale du feuillard refermé à l'aide de tous moyens connus appropriés à la nature du métal. Quand ce dernier est de l'aluminium, on préfère réaliser la couture à l'aide d'une molette de soudure par ultra-sons, le métal étant soutenu en face de la molette par la filière allongée. De même, on referme le feuillard sur lui-même à l'aide de tout moyen connu convenable agissant en combinaison avec la face extérieure de la filière allongée. De préférence aussi, la filière étant munie d'un poinçon ainsi qu'il est habituel, on utilise i le poinçon pour y insuffler de l'air et maintenir la pression voulue à l'intérieur de la matière plastique extrudée. Pour bien faire comprendre l'invention, on donnera maintenant une description d'un exemple de réalisation d'un tube composite. On se reportera aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe et en perspective d'un tronçon de tube composite conforme à l'invention, invention, - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un tronçon de tube composite de l'invention incurvé à 1800, - les figures 3 et 4 sont respectivement des vues en élévation et de dessus de l'ensemble d'une machine à extruder permettant la mise en oeuvre du procédé de l'invention, - la figure 5 est une vue en coupe par un plan longitudinal de la tête dlextrusion de la machine des figures 3 et 4, - la figure 6 est une vue de dessus d'une partie de la tête d'extrusion de la-figure 5, - les figures 7,8,9 sont respectivement des vues en coupe selon VII-VII, Vili-Vili et IX-IX de la figure 5. Un tube composite conforme à 1 'in- vention comprend une gaine métallique tubulaire étanche 1 constituée à partir d'une bande de métal refermée pour donner un tube et soudée le long de la ligne de fermeture, en 2 ; à l'interieur de cette gaine se trouve un revêtement intérieur 3 en matière plastique qui adhère fermement à la face interne de la gaine métallique. Il est généralement plus facile et donc moins couteux de donner à la gaine métallique 1 un profil circulaire en section droite et,donc, d'en faire une gaine cylindrique. Toutefois ceci n'est pas une obligation absolue imposée par l'invention. De même, il est plus simple de refermer une bande de métal avec un raccordement rectiligne longitudinal des deux bords opposés de cette bande, plutôt que de faire un enroulement hélicoïdal de cette dernière. Toutefois, ainsi qu'on le constatera plus loin, l'invention n'est pas limitée aux gaines à raccordement longitudinal ; elle peut être mise en oeuvre avec des gaines obtenues autrement à partir d'une bande de métal. Le mode de fermeture sur elle-même de la bande de métal n'est pas non plus imposé par l'invention On peut mettre les bords en butée l'un contre l'autre ou prévoir un faible recouvrement d'un bord par l'autre comme le montrent les figures 1 et 9. La réunion étanche des deux bords peut se faire aussi par tout moyen connu ainsi qu'on l'expliquera plus loin. Il est donc entendu que le tube de l'invention peut être réalisé avec un autre profil en section droite, un autre mode de fermeture sur lui-même et un autre moyen de soudure étanche que ceux qui sont visibles sur la figure 1. Toutefois, selon l'invention, le tube composite 1 comprend toujours un revêtement intérieur 3 en matière plastique qui adhère fermement à la gaine métallique 1. On peut facilement mettre en évidence cette caractéristique en incurvant à 1800 un tronçon de tube composite comme le montre la figure 2. On ne constate aucun pli du revêtement 3 ni de la gaine 1. On ne constate non plus aux extrémités aucun allongement ou raccourcissement de l'un par rapport à l'autre. Le tube composite de l'invention est représenté en trait plein sur la figure 1. Il peut être utilisé tel qu'il est, mais, bien entendu, il peut aussi être recouvert extérieurement d'une enveloppe en matière plastique, ainsi que tout tube ordinaire. On a représenté en trait mixte sur la figure une telle enveloppe extérieure 4 qui est facultative. On se référera maintenant aux figures 3 à 9 pour décrire une maniere pratique de mise en oeuvre du procédé de l'invention. On utilise une extrudeuse classique 5 ayant une tête d'extrusion 6 à 900 avec une filière allongée 7 se terminant par un orifice annulaire 8 d'extrusion à une de ses extrémités. La matière plastique arrive par un canal 9 et elle est poussée dans la filière 7 jusqu a l'orifice 8. Ainsi qu'il est connu, un poinçon 10 s'étend dans la filière 7. Ce poinçon 10 est supporté par son extrémité 12 qui est ajustée dans la tête 6, il'opposé de l'orifice 8. L'extrémité 11 a une partie 12 saillante en dehors de la tête 6. Un canal 7A est percé dans le poinçon 10 sur la totalité de sa longueur et débouche sur les deux faces extrêmes opposées de ce dernier On part d'un feuillard 13 qui est une bande mince et plane,enroulée en rouleau 14 que l'on déroule.Pendant le déroulement, on donne au feuillard 13 une forme en U à l'aide d'un dispositif classique 15 de préformage puis au moyen d'un appareil également classique 16 on le chauffe à une température substantiellement égale à la température d'extrusion de la matière plastique, par exemple 1500C environ. On fait circuler ensuite le feuillard 13 en U le log de la filière 7 jusqu'au delà de orifice d'extrusion 8, la filière se trouvant dans le fond arrondi du profil en U ainsi qu'on le voit sur la figure 5. Pendant ce déplacement et avant l'orifice d'extrusion 8, on referme le feuillard 13 sur lui-même pour lui donner en section droite un profil fermé dans lequel la filière 7 est contenue avec un faible jeu. On utilise des moyens connus en soi que l'on emploie en combinaison avec la filière 7. Dans l'exemple décrit ici, un organe de mise en forme 17 est placé autout de la partie amont de la filière 7. Cet organe 17 est une pièce dans laquelle est creusé un passage longitudinal qui a d'abord un profil en U capable de recevoir le feuillard 13 incurvé en U.Une première lèvre 18 i figure 7 ) prend naissance progressivement pour rabattre sur la filière 7 une première branche 19 du feuillard. Une seconde livre 20 ( figure 8 ) prend naissance ensuite pour rabattre, sur la filière 7 et sur la première branche 19, la seconde branche 21 du feuillard. Le passage longitudinal à travers l'organe de mise en forme 17 se termine par un profil fermé ( figure 9 ) qui maintient le feuillard refermé autour de la filière 7. La branche 21 recourbée recouvre en 2 la branche 19 recourbée. On procède ensuite à une fermeture étanche de la gaine fermée en exécutant une soudure dans la zone 2 des deux branches 19,21 qui se recouvrent. Dans cet exemple, le feuillard 13 étant en aluminium et son épaisseur étant de l'ordre de 0,5 mm environ, on utilise la méthode de soudure par ultrasons que l'on applique à l'aide d'une molette de soudure 22. Celle-ci agit en combinaison avec la filière 7 puisque cette filière supporte en dessous de la zone 2 à souder les branches 19,21 du feuillard après la sortie de ce dernier hors de l'organe de mise en forme 17. On adopte pour la filière 7 une longueur suffisante pour que l'on puisse y disposer successivement un organe de mise en forme et un moyen de soudure. On notera que l'on n'est pas limité, pour mettre en oeuvre le procédé de l'invention, à l'organe 17 et à la roulette 22 décrits ci-dessus. On pourrait refermer le feuillard 13 à l'aide d'autres organes connus tels que des galets et d'autres moyens de soudure. Ces changements pourraient nécessiter une plus grande longueur de la filière 7. Il est possible d'allonger celle-ci dans une mesure assez grande à condition de maintenir la matière plastique extrudée à la température souhaitable. Le chauffage du feuillard 13 par l'appareil 16 contribue à ce résultat.On peut, en outre, si c'est souhaitable, prévoir des pièces isolantes ou des moyens auxiliaires de chauffage le long de la filière 7, autour du feuillard 13 aux endroits où celui-ct n'est pas en contact avec l'organe de mise en forme et le moyen de soudure. Il n'est pas strictement nécessaire de chauffer le feuillard 13 avant son arrivée à la filière 7. Ce qui est important c'est qu'il se trouve à la température voulue lorsqu'il parvient à l'orifice d'extrusion 8. Après exécution de la soudure, en 2, on obtient la gaine métallique 1 qui entoure complètement l'orifice d'extrusion 8 avec unprofil semblable au profil de ce dernier. L'intervalle entre les deux est aussi faible que possible tout en laissant un jeu substantiel. Par exemple, avec une filière cylindrique ayant un diamètre extérieur de 11 mm, un orifice d'extrusion de 9 mm, la gaine métallique a un diamètre intérieur de 12 mm. Pendant le déplacement de la gaine métallique 13 le long de la filière 7, on maintient unepression intérieure d'air ou d'un autre gaz si nécessaire, de sorte que, dès sa sortie par l'orifice d'extrusion 8, la matière plastique qui coule entre le poinçon 10 et la filière 7 est plaquée contre la face intérieure de la gaine métallique 13. Dans cet exemple on crée et on maintient cette pression en obstruant l'extrémité libre de la gaine 13 dès qu'elle a été formée et soudée et en insufflant de l'air dans le canal 7A qui traverse longitudinalement le poinçon 10. La partie saillante 12 de ce dernier est facilement accessible dans le fond du feuillard replié en U ( voir figures 5 et 6 > . On pourrait, en variante, utiliser un poinçon 10 plein et insuffler de l'air par l'extrémité libre du tube composite obtenu ; la solution décrite et représentée est préférable.La valeur de la pression peut varier entre des limites assez éloignées ; en pratique , on a constaté qu'elle doit être au moins de 0,500 kg/cm2,environ, pour que l'on obtienne une bonne adhérence entre la matière plastique et le métal. Il est possible de fabriquer le tube composite de l'invention avec une pression beaucoup plus forte. Avec un feuillard mince ayant une épaisseur de 0,2 mm par exemple on peut employer une pression de l'ordre de 5 kg/cm2 qui estwen même temps, une pression d'épreuve servant à vérifier la qualité du tube composite fabriqué. Bien entendu, la valeur de la pression est à fixer en fonction de l'épaisseur et de la nature du métal qui sert à constituer la gaine métallique. En bref, on peut dire que la pression intérieure peut aller de 0,5 kg/cm2 environ à une valeur qui est celle de la pression d'épreuve du tube composite. L'invention couvre aussi l'appareil lage nécessaire à la mise en oeuvre du procédé de l'invention. A l'occasion des explications fournies plus haut sur l'emploi du procédé on a donné une description des moyens matériels utilisés suffisante à l'homme de l'art. L'invention procure un tube composite ayant une gaine métallique qui assure la résistance mécanique et un revêtement intérieur qui protège le métal contre l'attaque du fluide véhiculé. De ce fait, avec les matières plastiques connues actuellement, la température de service ne doit guère dépasser 1000C. Dans le domaine de la pression d'utilisation le tube composite ne rencontre pas une limite aussi précise. On peut faire varier dans une grande mesure l'épaisseur du métal, par exemple de 0,2 à 0,7 mm environ, mais la véritable limite dépend des possibilités de l'organe de formage 17 qui referme le feuillard autour de la filière 7. De plus, on peut aussi faire intervenir l'épaisseur de la matière plastique dans la résistance à la pression de service.Typiquement, on peut réaliser un tube composite de ~ extérieur 12 mm à partir d'un feuillard de 0,2 mm d'épaisseur, avec un revêtement en matière plastique de 1 mm d'épaisseur et augmenter les dimensions jusqu'à obtenir un tube de 30 mm à partir d'un feuillard de 0,4 mm avec un revêtement en matière plastique de 2 mm d'épaisseur. L'invention n'impose pas strictement la nature des matériaux. Elle a l'avantage de rendre utilisables des métaux faciles à travailler en faible épaisseur et parfaitement protégés contre la corrosion intérieure. La matière plastique peut être choisie parmi toutes celles qui sont connues comme facilement extrudables comme le poly-#thyl#ne, le polypropylène, le chlorure de polyvinyle, etc...; le polyéthylène est préférable. Quand la gaine métallique 1 a une épaisseuriàible, de l'ordre de quelques dixièmes de millimètres, il est judicieux de la protéger contre les chocs à l'aide d'une enveloppe extérieure en matière plastique. Il est avantageux d'exécuter cette opération, connue en soi, sur le tube composite aussitôt après sa sortie de la filière 7, à l'aide d'une seconde machine à extruder 23 ( figures 3 et 4 > à tête d'extrusion à 900. Ensuite, le tube composite passe dans un bac 24 d'eau de refroidissement. Une chenille de traction 25 qui entraîne le tube composite de façon connue en soi, assure le déplacement du feuillard 13 à partir du rouleau 14. Le tube composite fabriqué peut être enroulé sur un tambour final de réception. On a décrit l'invention comme utilisant comme gaine un tube en aluminium recuit, mais on pourra la réaliser avec d'autres métaux techniquement et économiquement valables, tels que feuillard d'acier étamé soudé à l'étain. REVENDICATIONS 10) Tube composite comprenant au moins une gaine métallique étanche et un revêtement en matière plastique, caractérisé en ce que le revêtement (3) est disposé à l'intérieur de la gaine métallique (1) et il adhère fermement à la surface intérieure de celle-ci. 20) Tube composite pour réseaux d'eau chaude à une température pouvant aller jusqu'à 1000C et à une pression pouvant être de 10 kg/cm2 environ, caractérisé en ce qu'il comprend une gaine métallique étanche et un revêtement intérieur en matière plastique adhérant fermement à la surface intérieure de cette gaine. 30) Tube composite selon la revendication 2, caractérisé en ce que la gaine métallique est en métal mince constituant un tube fermé et soudé avec une épaisseur de paroi pouvant être choisie entre 0,2 et 1 mm environ. 40) Tube composite selon la revendication 2, caractérisé en ce que le revêtement intérieur est en matière plastique choisie parmi les matières plastiques facilement extrudables et il a une épaisseur pouvant aller de 1 à 2 mm environ. 50) Tube composite selon la revendication 4, caractérisé en ce que le revêtement intérieur est en polyéthylène. 60) Tube composite selon la revendication 3, caractérisé en ce que la gaineir#tallique est en aluminium recuit ou en acier étamé soudé à l'étain. 70) Procédé de fabrication d'un tube composite comprenant une gaine métallique et un revêtement intérieur en matière plastique adhérant fermement à la surface interne de la gaine métallique, caractérisé en ce qu'on part d'un feuillard ayant une largeur convenable, on incurve ce feuillard pour lui donner un profil en U et on le fait circuler le long d'une filière allongée à orifice annulaire placée dans le fond arrondi du profil, on referme le feuillard sur lui-même autour de la filière et on le soude de façon à le rendre étanche, on extrude la matière plastique à l'extrémité de la filière à l'intérieur de la gaine métallique étanche en même temps qu'on maintient à l'intérieur de la matière plasti que sortant de la filière une pression de gaz au moins égale à 0,5 kg/cm2 environ. 80) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on referme le feuillard autour de la filière à l'aide d'un organe de mise en forme agissant en combinaison avec la surfaoaextérieure de cette filière. 90) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on soude le feuillard refermé à l'aide d'un moyen de soudure agissant en combinaison avec la surface extérieure de la filière. 100) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on maintient la pression ---- voulue à l'intérieur de la matière plastique extrudée en insufflant du- gaz sous pression dans un canal longitudinal ménagé dans le poinçon de la filière. 110) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on porte la température de la gaine métallique a une valeur sensiblement égale à celle de la température d'extrusion avant l'orifice d'extrusion de la filière. 120) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on utilise une pression choisie entre 0,5 kg/cm2 environ et la pression d'épreuve à la pression du tube composite fabriqué. 13 ) Appareillage pour la fabrica- tion d'un tube composite selon le procédé de la revendication 7 caractérisé en ce qu'il comprend une machine à extruder à tête d'extrusion d'équerre, à filière allongée et à poinçon intérieur un organe de remise en forme monté autour de la partie amont de la filière avec un passage longitudinal ayant une entrée en U et une sortie refermée sur elle-même autour de la filière, un moyen de soudage monté à la suite de l'organe de mise en forme, en amont de l'orifice d'extrusion de la filière. 140) Appareillage selon la revendication 13, caractérisé en ce que le poinçon a une partie extrême saillante à l'opposé de l'orifice d'extrusion et il est percé d'un canal longitudinal d'insufflation d'air à l'intérieur de la matière plastique extrudée. 150) Appareillage selon la revendication 13 caractérisé en ce que l'organe de mise en forme a deux lèvres successives qui referment l'extrémité d'une branche en U du feuillard - sur 1 extrémité de l'autre branche déjà refermée et le moyen de soudure est une molette d'un appareil de soudure à ultrasons.