Brevet FR2510028A1 — publié le 19830128

La présente invention concerne un procédé pour former un manchon de raccordement, présentant une gorge intérieure, sur le tronçon d'extrémité d'un tube en matière plastique thermoplastique, suivant lequel on chauffe le tronçon d'extrémité à la température de déformation, puis, en vue d'en augmenter l'épaisseur de paroi, on le comprime au préalable axialement jusqu'à remplissage d'un passage annulaire d'un dispositif de compression préalable qui peut être réchauffé et ensuite on le rapporte par moulage dans un dispositif de moulage sur le manchon de raccordement pendant un déplacement axial et enfin on le refroidit. On connaît suffisamment, dans l'état de la technique, un procédé et des dispositifs pour former des manchons de ce type. On se réfèrera à cet effet par exemple au brevet allemand No. 1.257.413, dans lequel on décrit un dispositif destiné à l'obtention de corps creux en matière plastique ayant des extrémités en forme de manchons, une gorge annulaire et des parois épaissies. Des extrémités de tubes traitées par ce dispositif sont réchauffées au préalable en vue d'obtenir la déformation dans ce que l'on appelle des fours de chauffage à passage annulaire, et sont mis ensuite à la forme finale dans un dispositif de façonnage.Lors de la mise à la forme finale, il peut s'établir une force de compression qui compense les faiblesses de paroi se produisant lors de la déformation, par un déplacement ultérieur de la matière réchauffée formant la paroi du tube, jusqu'à obtention de l'épaisseur de paroi d'origine. A la demande de brevet mise à l'inspection publique en République Fédérale d'Allemagne sous le No. 23 19 398, on fait connaître en outre un procédé ainsi qu'un dispositif pour former un manchon, présentant une gorge intérieure, sur un tronçon d'extrémité d'un tube en matière plastique thermoplastique, suivant lequel l'épaississement s'effectue sous la forme d'une compression préalable à une température supérieure au point de ramollissement de la matière plastique. La compression préalable du tronçon d'extrémité se déroule d'une manière continue d'une région éloignée de la face frontale du tronçon d'extrémité jusqu'à cette face frontale.Le processus de compression préalable est poursuivi jusqu'à ce qu'un passage annulaire ménagé entre la broche intérieure et un moule extérieur du dispositif concerné soit empli de la matière plastique ramollie de la paroi du tube et de l'épaississement de la paroi dans cette région, le remplissage du passage annulaire s'effectuant par l'ouverture d'insertion vers le fond du passage annulaire. Après la compression préalable, on effectue dans le procédé connu la mise en place du manchon en faisant coulisser le tronçon d'extrémité comprimé au préalable sur une broche d'élargissement qui a une température plus basse que la température de déformation de la matière plastique. On obtient déjà ainsi, dans le processus de mise en place du manchon, une certaine stabilisation du pourtour de la surface du manchon, stabilisation qui est encore renforcée par le fait que la paroi intérieure du moule extérieur est maintenue, elle aussi, pendant le processus de mise en place du manchon à une température inférieure à la température de déformation de la matière plastique. Dans un tel tronçon d'extrémité muni d'un manchon et stabilisé partiellement de cette manière, on imprime ensuite la moulure périphérique annulaire à l'aide d'un mandrin du dispositif de mise en place du manchon. Le démoulage du manchon de raccordement sur le tronçon d'extrémité comprime au préalable et épaissi s'effectue donc dans le procédé connu par coulissement axial du tronçon d'ex trémité sur la broche d'élargissement, et ensuite par compression vers l'extérieur de la moulure périphérique annulaire à l'aide d'un mandrin connu. Il est essentiel, à cet effet, que tant le processus d'épaississement que celui de démoulage s'effectue dans un même et seul dispositif par des déplacements axial et radial. Il faut que l'épaississement de parois soit achevé avant le début du processus de démoulage.Lors du processus de démoulage lui-même, il se produit en tout cas, en raison du coulissement sur la broche d'élargissement, une consolidation de la paroi du manchon, alors que la compression vers l'extérieur de la gorge annulaire affaiblit-davantage la section droite de paroi dans la région du manchon sans que l'on puisse pallier cet inconvénient par une autre compression. A la demande de brevet publiée en République Fédérale d'Allemagne sous le No. 28 OS 518, on propose enfin un dispositif destiné à mouler des organes de réception de garnitures dans des liaisons par manchon pour des tubes en matière plastique qui s'occupe du problème de la détermination de cotes à l'intérieur du manchon et, en particulier, pour la partie du manchon qui doit recevoir la garniture d'étanchéité. Outre un agencement particulier du moule annulaire destiné à l'obtention de la gorge annulaire, ce document ne donne pas de renseignements particuliers sur le problème de la compression préalable, ni sur les difficultés éventuelles du démoulage de la partie cylindrique du manchon. Dans le procédé et dans les dispositifs connus dans l'état de la technique, on peut traiter sans autres difficultés. des tubes en matière plastique à structure amorphe comme par exemple du polychlorure de vinyle rigide, puisque ces matières plastiques peuvent être bien transformées, en raison de la pro priété du ramollissement dans une plage de températures comprise entre 900C et 1400C,continuellement avec une élévation de température alors que la chaleur arrive progressivement d'une manière uniforme. Dans les plages de température mentionnées, la matière peut être déformée thermiquement, les forces nécessaires à la déformation dépendant de la température du tube. Par les procédés de transformation connus, on ne peut p~t pas toutefois déformer des tubes en matière thermoplastique cristallines ou partiellement cristallines, comme le polyéthylène, le polypropylène, etc. Ces matériaux n'ont pas, à l'opposé des matières plastiques amorphes, une loi continue de ramollissement lors du réchauffement, de sorte qu'il se produit des gonflements qui ne sont pas uniformes suivant la direction radiale et suivant la direction axiale. Or, de telles extrémités de tubes gonflés sont inutilisables en vue d'être transformés ultérieurement. Au brevet des Etats-Unis d'Amérique No. 3 899 565, on décrit, certes, le réchauffement et la compression d'une matière plastique cristalline, par exemple de tubes en polyéthylène, à partir de la région du tronçon d'extrémité. La compression s'effectue toutefois en un seul processus opératoire et, lors du démoulage subséquent du manchon et de la moulure périphérique, la matière comprimée formant la paroi du tube est à nouveau affaiblie dans ces régions, de sorte que, notamment dans la région sensible de la moulure périphérique, il se produit un affaiblissement notable de la paroi dû à l'élargissement périphérique résultant du démoulage, cet affaiblissement pouvant conduire à une rupture dans cette région du tube qui est, justement, particulièrement sollicitée. L'invention vise un procédé grâce auquel on peut munir un manchon, ayant une moulure périphérique, même de tubes en matière plastique thermoplastique à structure cristalline ou partiellement cristalline, sans qu'apparaissent d'une manière gênante les phénomènes particuliers mentionnés ci-dessus lors de la transformation de tels matériaux.Suivant l'invention, dans un premier stade opératoire, on effectue sur le tronçon d'extrémité un réchauffement uniforme presque jusqu'au point de fusion des cristallites du thermoplaste, cependant que le tron çon d'extrémité est comprimé au préalable par l'application d'une première force de compression axiale jusqu a remplissage de la chambre annulaire du dispositif de chauffage, et dans un second stade opératoire, venant immédiatement après le premier, et en maintenant la température de traitement, on met le tronçon d'extrémité comprimé au préalable à la forme finale en opérant dans un dispositif de mise en forme à l'aide d'une seconde force axiale de compression. Le procédé suivant l'invention se déroule suivant deux stades successifs, à savoir la mise de l'extrémité du tube a la température de déformation avec épaississement simultané de la paroi par compression préalable, et le démoulage successif du manchon ayant la moulure périphérique effectué par le biais de la compression finale. On met l'extrémité du tube à la température de déformation dans un four de chauffage connu à passage annulaire délimité par trois côtés, ce four étant muni, suivant l'invention, d'un dispositif de compression. Lors du chauffage à la température de déformation, il faut prendre garde que la partie de cristallitesdu matériau utilisé soit autant que possible dégradée par l'apport de chaleur.En diminuant la pro portion--de cristallites de ce matériau, on rend la matière à transformer plus molle et, ainsi, plus facile à transformer. Un avantage de cela est que, pour chaque température du tube inférieure au point de fusion des cristallites, il s'établit une proportion constante de cristallites dans le matériau qui, si la température se maintient, reste constante, c'est-à-dire ne peut pas être modifiée par une prolongation de la durée de réchauffement. Lors de la transformation de la partie cristalline de ce matériau à l'état amorphe ou partiellement amorphe, il se produit une augmentation de volume, c'est-à-dire un gonflement du matériau. Le gonflement maximum est obtenu lorsque l'on atteint ou lorsque l'on dépasse le point de fusion des cristallites. Les problèmes, lors du chauffage de tubes en matière plastique cristalline ou partiellement cristalline, proviennent de ce que par exemple la dégradation des cristallites dans la section droite du tube n'est pas uniforme, par exemple en raison des différences d'épaisseurs de parois et en raison du type de chauffage du tube. Il se produit ainsi des gonflements qui ne sont pas uniformes, qui sont encore renforcés par des tensions internes libérées dans le tube. Grâce au procédé suivant l'invention, on a, au contraire, un déroulement du processus qui donne une extrémité de tube,portée à la température de déformation > dedimensions défi- nies et des diamètres définis de la déformation finale, même lorsque l'on utilise des thermoplastes cristallins ou partiellement cristallins. Par le premier stade du procédé suivant l'invention, on obtient par la dégradation des cristallites due à la température, par le processus de gonflement qui se crée en conséquence dans la paroi du tube, et par la première force de compression qui agit simultanément, un remplissage de toute la section droite du passage annulaire du dispositif de chauffage, grâce à quoi on obtient une extrémité de tube ayant une forme précise pour le processus de déformation.Grâce au gonflement, qui dépend de la température, dela paroi du tube dans la section droite du passage annulaire du four de chauffage et par l'avance de compression, on améliore aussi le contact entre la paroi extérieure et intérieure du tube et les surfaces du four de chauffage, de sorte que, grâce à un contact de tous les côtés, on obtient un échauffement très uniforme de la sec tison droite du tube, de manière continue jusqu'à l'achèvement du processus de chauffage. On obtient ainsi une cristallinité résiduelle très uniforme dans la section droite de la paroi du tube, ce qui est particulièrement important pour obtenir un démoulage uniforme du contour d'extrémité avec manchon et moulure périphérique à l'extrémité du tube. En choisissant une température correcte de chauffage proche du point de fusion des cristallites du matériau cristallin ou partiellement cristallin utilisé, et grâce au gonflement provoqué par la température, combinée à une compression mécanique dans la plage de températures optimale, on fait cesser pour l'essentiel les tensions existant à l'extrémité du tube, de sorte que l'extrémité du tube réchauffée et épaissie conserve une forme suffisamment stable après qu'elle a été enlevée du dispositif de chauffage jusqu'à ce qu'elle soit mise dans le dispositif de moulage final. On a déjà mentionné que le préformage du matériau dans le dispositif de chauffage et le moulage final au poste de raccordement du manchon s'effectuent au voisinage du point de fusion des cristallites du matériau utilisé. Pour le polyéthylène rigide, la température préférée est de 1300C, par exemple. On tiendra compte toutefois du fait que le polyéthylène rigide a un point de fusion des cristallites différent suivant le type de matériau utilisé, qui est compris entre 124 et 1330C. Il est essentiel, pour le procédé suivant l'invention, de régler la température de transformation à une valeur de peu inférieure au point de fusion des cristallites. Pour le polypropylène, au contraire, le point de fusion des cristallites est compris entre 160 et 1650C suivant le type de matériau utilisé. Pour le polybutène, cette température est inférieure à ce qu'elle est pour le polyéthylène rigide et reste donc inférieure à 1240C. Lorsque l'on exécute le procédé suivant l'invention, il faut prendre garde,en outre,à ce que la plage de températures où le matériau cristallin ou partiellement cristallin a la possibilité de se déformer thermiquement est relativement étroite en comparaison de ce qu'elle est pour des matériaux amorphes,tels que le PVC rigide. L'expérience a montré que l'on dispose d'une plage ayant une étendue de 50C environ, dans laquelle on peut réaliser le ramollissement. Ceci nécéssite une possibilité de réglage optimale du dispositif de chauffage. Il résulte de cette limitation que, lors du chauffage d'un matériau cristallin ou partiellement cristallin, la température du four de chauffage ne doit pas être sensiblement plus élevée que la température souhaitée pour le tube en vue de le déformer -comme cela est possible par exemple pour le poly(chlorure de vinyle) rigide- puisque, sinon, il y aurait un trop grand gradient de dégradation des cristallites, entre les faces périphériques inférieures et extérieures du tube et le coeur de la paroi du tube.Les faces périphériques extérieures de la paroi du tube > quisont en con- tact plus ou moins direct avec les faces du four de chauffage, deviendraient, dans ces cas, plastiques trop rapidement, ce qui conduirait à un déplacement des régions superficielles par rapport aux régions intérieures de la paroi du tube, et provoquerait ainsi des pertes de rigidité dans la région du manchon. Pour exécuter le premier stade du procédé suivant l'invention, il faut donc prendre soin de réaliser un bon accord entre la courbe de température pendant le réchauffement et pendant la mise en route et la force de compression. On notera, à cet effet, que l'extrémité du tube engagée aux températures mentionnées dans le passage annulaire du dispositif de chauffage commence à gonfler en raison de l'action de la température, à partir de la face latérale, et s'applique ainsi continuellement à partir de la face latérale suivant la direction allant vers l'extrémité d'entrée sur le noyau du four et sur l'enveloppe extérieure de celui-ci.La force d'avance dosée de ce processus de compression préalable résulte de ce que le passage annulaire du dispositif de chauffage s'emplit de matière constituant la paroi du tube au fur et à mesure que l'extrémité du tube se réchauffe de manière continue de l'intérieur vers l'extérieur, ce processus de remplissage provoquant aussi bien une compensation du retrait longitudinal se produisant lors du réchauffement qu'une neutralisation du gonflement incontrôlé de la matière constituant la paroi du tube.A la fin du processus de chauffage, l'extrémité du tube se trouve tout entière dans le passage annulaire du dispositif de chauffage à une température inférieure au point de fusion des cristallites, le gonflement provoqué par le chauffage faisant, en combinaison avec la force de compression, que les faces péri phériques intérieures et extérieures de l'extrémité du tube s'appliquent avec précision à la périphérie du noyau du dispositif de chauffage, ainsi qu'à la périphérie intérieure de l'enveloppe extérieure de ce dispositif. Il va de soi que tant le noyau que l'enveloppe extérieure du dispositif de chauffage ont la même température, qui est nécessaire pour transmettre à l'extrémité du tube la température de déformation optimale. Grâce au remplissage du passage annulaire du dispositif de chauffage par la matière constitutive de la paroi du tube, on obtient un épaississement,qui quipeut être défini, de la paroi de sortie du tube, puisque le passage annulaire du dispositif de chauffage doit avoir une ouverture ayant des dimensions au moins un peu inférieures à la section droite du tube, afin de pouvoir enfiler facilement l'extrémité du tube dans le passage annulaire. Dans un exemple, où l'on traitait un tube de diamètre nominal 100, l'épaisseur de la paroi du tube était initialement de 10 mm. Pendant la compression préalable, cette section droite augmente à 12,5 mm en raison de la conception du passage annulaire du dispositif de chauffage.La compression préalable suivant l'invention provoque, cependant, non seulement l'augmentation de l'épaisseur de la paroi mais, en même temps, le maintien de la longueur nécessaire au processus de mise en place du manchon de la zone réchauffée de l'extrémité du tube, avec une augmentation d'épaisseur de paroi de tous côtés et continue de l'ordre de grandeur mentionné. L'extrémité du tube comprimée au préalable et réchauffée qui, en l'espèce, se trouve à une température de 1300C, est ensuite enlevée du four à passage annulaire de manière à ce qu'il ne se produise aucune atteinte au contour ou à l'épaississement de parois obtenus. Immédiatement après, on met l'extrémité du tube dans un dispositif de compression, comme décrit par exemple au brevet allemand No. 1 257 413. Il est très important que ce dispositif de compression soit chauffé à la même température que celle que possède l'extrémité du tube réchauffée, afin d'éviter tout retrait de la périphérie du tube réchauffé et, ainsi, tout durcissement néfaste des régions de la paroi extérieure du tube. Après avoir mis l'extrémité du tube réchauffé à la forme finale, par le dispositif de mise en place du manchon réchauffé, le manchon ayant une moulure périphérique étant démoulée sous l'effet de la seconde force de compression, on retire l'extrémité du tube qui est comprimée à l'extrémité,en ouvrant l'outil et en retirant le manchon démoulé de la broche de l'outil. Avant d'ouvrir l'outil, on peut déjà mettre en oeuvre un processus de refroidissement indirect, de manière à ce que les canaux de refroidissement de l'outil refroidissent superficiellement le manchon comprimé à l'extrémité en le revêtant d'un fluide de refroidissement. On maintient avantageusement ce processus de refroidissement tant que la peau intérieu- re et extérieure refroidie dans la région du manchon réchauffé est suffisamment épaisse pour maintenir la stabilité de forme du manchon lorsqu'il est retiré de la broche de l'outil. Immédiatement après avoir retiré l'extrémité du tube sur lequel est formé un manchon, il est recommandé d'effectuer un refroidissement direct, par exemple par projection de fluide de refroidissement sur les faces périphériques intérieures et extérieures réchauffées de l'extrémité du tube. On évite ainsi que la chaleur provenant de la région médiane de la paroi du tube ne réchauffe à nouveau les zones marginales refroidies et ne provoque ainsi un retrait de la région d'extrémité réchauffée du tube. REVENDICATION Procédé pour former un manchon de raccordement, présentant une gorge intérieure, sur le tronçon d'extrémité d'un tube en matière plastique thermoplastique, suivant lequel on chauffe le tronçon d'extrémité à la température de déformation, puis, en vue d'en augmenter l'épaisseur de paroi, on le comprime au préalable axialement jusqu a remplissage d'un passage annulaire d'un dispositif de compression préalable qui peut être réchauffé et ensuite on le rapporte par moulage dans un dispositif de moulage sur le manchon de raccordement pendant un déplacement axial et enfin on le refroidit, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer le réchauffement et la compression préalable du tronçon d'extrémité à partir de la région de l'extremite frontale libre du tronçon d'extrémité dans une plage relativement étroite de température de déformation de peu inférieure au point de fusion des cristallites de la matière plastique cristalline ou partiellement cristalline, à enlever le tronçon comprimé au préalable du dispositif de compression préalable et, lors du moulage du manchon de raccordement dans le dispositif de moulage maintenu à la température de déformation, à comprimer au moulage le tronçon d'extrémité en vue de compenser les pertes d'épaisseur de paroi se produisant lors de l'élargissement.