Brevet FR2520477A1 — publié le 19830729

"Pièce de forme capable de rétrécissement de faible longueur telle que capuchon, tuyau souple, manchette et analogues " La présente invention concerne une pièce de forme susceptible de rétrécissement de courte longueur, telle que capuchon, tuyau souple, manchette et analogues, en matériau extrudé et réticulé, De telles pièces de forme rétrécissables sont, en règle générale, fabriquées en réalisant par injection ou extrusion une ébauche qui est ensuite soumise à réti- culation et élargie dans cet état réticulé, après quoi el- le est fixée définitivement dans cet état élargi par refroi- dissement. Il est déjà connu (brevet DE 188 510), pour la fabrication de tuyaux souples rétrécissables à partir de masses thermoplastiques, d'échauffer le tuyau souple, extrudé ou moulé par injection, de diamètre réduit, de l'élargir au moyen d'air comprimé et de le fixer dans cet état modifié par refroidissement L'inconvénient de ce pro- cédé réside cependant en ce que de tels tuyaux souples ré- trécissables en matières thermoplastiques, par exemple en chlorure de polyvinyle, ne sont pas suffisamment résis- tants à la température pour les besoins actuels, et que, en outre, ils ne présentent pas la "mémoire de forme" élas- tique désirée, c'est-à-dire que, lors d'un rétrécisse- ment ultérieur, ils ne reprennent pas dans tous ses dé- 24- tails leur forme d'origine. On connaît également, sous le nom commercial de "Thermofit", une technique d'appoint pour la fabrica- tion de produits rétrécissables à la chaleur, dans laquel- le on utilise un matériau poly-oléfine de haute densité pour le moulage par injection de pièces de forme Ces piè- ces sont soumises ensuite à un rayonnement électronique de haute intensité, de telle sorte qu'est obtenue une struc- ture maillée tridimensionnelle réticulée des molécules On obtient ainsi une pièce de forme qui possède une bonne ré- sistance mécanique, est exempte de fluage, ne se déchire pas et présente une "mémoire de forme" élastique Si, par exemple, un tuyau souple rétrécissable traité de cette ma- nière est tendu sur un objet à recouvrir, il se rétracte lors d'un court échauffement au-dessus du point de fusion de cristallisation (dans le cas cité au-dessus de 13500 C) et revient rapidement à sa forme et à sa dimension d'ori- gine, en continuant un recouvrement d'assemblage à bonne résistance mécanique. Pour le procédé décrit ci-dessus, il est pos- sible de mettre en oeuvre divers polymères de base, même modifiés, suivant les conditions spéciales éventuelles. Il est cependant nécessaire, dans chaque cas, que la réti- culation par rayonnement soit effectuée avant que l'ébau- che soit agrandie ou étirée à l'état échauffé. Une autre possibilité consiste à utiliser, com- me matériaux de base pour les articles rétrécissables, des polymères qui, après la greffe de produits auxiliaires de réticulation, tels que des organo-silanes, sont réticulés sous l'action de l'humidité, avant ou après le formage de l'ébauche Il est en outre alors important que l'action de l'humidité soit assurée au moyen d'une installation spé- ciale montée à la suite de la fabrication de l'ébauche, ou bien qu'elle ait lieu déjà dans le moule de formage par les quantités d'humidité inhérentes aux polymères et aux 3.- produits d'addition, ou enfin qu'elle puisse être obtenue par simple dépôt sous l'influence de l'environnement. Cette proposition part de la considération que, au contraire de l'opération de réticulation périodique, connue depuis longtemps, et mise en Jeu, par exemple, dans la technique de fabrication de câbles, sous l'influence de la chaleur, par la greffet de composés à bas poids mo- léculaire, capables de réaction, par exemple des organo- silanes, comme auxiliaires de réticulation sur les macro- molécules des matériaux de base, qui, de leur c 8 té, con- duisent à des réactions secondaires vers une liaison en chaîne polyfonctionnelle, il se forme des emplacements de réticulation "du genre de faisceau", auquel cas plu- sieurs macro-molécules se trouvent fixées entre elles dans un noeud de réticulation Ce mécanisme chimique de réticu- lation a pour résultat des forces de liaison importantes dans le domaine moléculaire, lesquelles se trouvent effec- tivement déliées lors d'un échauffement à l'état thermoplas- tique et permettent ainsi un élargissement, par exemple d'une ébauche, après un réchauffage et ensuite un rétré- cissement rapide avec reprise de leur forme d'origine. Des articles dits rétrécissables fabriqués à partir de tels matériaux possèdent par conséquent une "mé- moire de forme élastique" et conviennent ainsi pour diver- ses possibilités d'emploi, par exemple comme tuyaux et ca- puchons, notamment pour l'obturation étanche à la pression et à l'humidité des extrémités de cables électriques, ou comme manchettes, en une ou plusieurs parties, pour la protection de raccords de branchement ou de jonction de cables électriques ou également de câbles à faisceau tubu- laire Les propriétés par rapport à des articles rétrécis- sables réticulés par rayonnement ne sont pas modifiées ou seulement de manière négligeable, mais le procédé de fabrication se trouve nettement simplifié. Indépendamment du type des matériaux de base, 4.- ou de la technique de réticulation utilisée, qui peut être également une réticulation chimique au moyen de peroxydes, on s'est cependant toujours heurté, Jusqu'à ce jour, à des difficultés résidant en ce que, par exemple, lors de la fabrication de tuyaux souples rétrécissables, également de pièces de forme rétrécissables de courte longueur, lors de l'élargissement de l'ébauche, par exemple par soufflage, une partie de sa "longueur axiale" est convertie en "lon- gueur radiale" La conséquence finale est qu'un tel tuyau se trouve raccourci de la portion axiale prise par l'expan- sion radiale lors du processus de rétrécissement Une mesu- re précise de la longueur du tuyau est donc difficile à respecter. La présente invention a pour but de réaliser des pièces de forme rétrécissables, notamment des tuyaux souples ou des manchettes, qui garantissent une précision des dimensions, c'est-à-dire qui ne subissent pas de rac- courcissement axial lors de leur rétrécissement. Dans ce but, la pièce rétrécissable conforme à l'invention est caractérisée par des éléments à plus gran- de résistance à l'allongement, s'étendant en direction lon- gitudinale, qui sont répartis sur le pourtour dans la pa- roi de la pièce Il en résulte que, lors d'un élargissement radial, par exemple par soufflage, la conversion de "lon- gueur axiale" en "longueur radiale", telle qu'elle se pro- duit actuellement, est empêchée, et, par conséquent, n'a plus aucun effet indésirable lors d'un rétrécissement ul- térieur Les pièces de forme rétrécissables conformes à l'invention sont ainsi de dimensions précises, sans réduc- tion de leur longueur lors du rétrécissement. Il est déjà connu (DB P 2 344 577) de renforcer l'enveloppe de câbles électriques par l'insertion d'élé- ments résistants à la traction Le but est, dans ce cas, pour des produits allongés de grande longueur, d'accro - tre la résistance mécanique en vue de réaliser, de cette 5.- manière, des câbles aériens du type dit auto-portants. Lors de la suspension de ces câbles entre les pyldnes, les forces de traction produites sont absorbées par les éléments résistants sans fin insérés dans le câble et le conducteur est soulagé de ces forces de traction. Par contre, l'invention part du fait que les éléments introduits à l'avance dans laparoi de l'ébauche de courte longueur servent à une annulation de la-possibi- lité de déplacement du matériau rétrécissable en direc- tion axiale pendant l'opération d'élargissement de l'ébau- che, tandis que, d'une manière relativement surprenante, la possibilité de mouvement, par exemple de la substance polymère, en direction radiale reste inchangée Grâce aux mesures prévues par l'invention, en supplément, pour ac- croltre la résistance à l'allongement à la traction longi- tudinale du produit fini, ici une pièce de forme rétrécis- sable, le fluage de la matière lors de l'élargissement de l'ébauche est dirigé seulement dans la direction désirée. Suivant une autre caractéristique de l'inven- tion, les éléments résistant à la traction sont constitués par des fibres insérées individuellement ou en groupes dans la paroi Ils peuvent être, par exemple, à base de fibres de verre ou de polyamide, tels que ceux connus dans la mar- que commerciale "Kevlar" Ces éléments, par exemple en cor- dons profilés massifs ou en faisceaux de cordons indivi- duels câblés ou ficelés, peuvent être en outre recouverts et/ou imprégnés avec un produit adhésif La liaison méca- nique en matière polymère peut ainsi être accrue en obte- nant, en outre, un effet de compacité dans le cas de cor- dons individuels groupés en faisceau. La paroi de la pièce de forme rétrécissable peut être réalisée en couches individuelles, qui peuvent elles-mêmes consister en matériaux différents Les éléments à résistance à la traction accrue sont alors insérés dans l'une des couches ou entre deux couches voisines. 6.- On a constaté comme avantageux de constituer la paroi de la pièce de forme rétrécissable en une matière complexe unitaire à une seule couche, les éléments à résis- tance à la traction accrue étant alors incorporés dans la matière polymère Il est préférable de mettre en place ces éléments à haute résistance à la traction dans la phase ex- térieure de la paroi, et cela dans les cas dans lesquels, pour des raisons de choix de matière, ou de buts d'emploi, on doit tenir compte d'un effet d'entaillage accru sur la pièce rétrécissable. Dans les câbles connus pourvus d'éléments de décharge à la traction dits "ondulés" dans l'enveloppe ex- térieure, l'ondulation de ces éléments doit servir à assu- rer une liaison transmettrice de forces aussi intime que possible entre les éléments de décharge à la traction et la matière de l'enveloppe (brevet DDR 124 162) afin d'uti- liser les éléments eux-mêmes comme organes de traction. Par contre, pour la présente invention, il est essentiel que la longueur axiale des éléments à résistance à la traction accrue corresponde à la longueur axiale de la pièce de forme rétrécissable avant son élargissement. On est assuré ainsi, en effet, que, dans le cas d'une cour- te longueur des pièces rétrécissables, elle ne sera pas influencée par une longueur accrue de l'ondulations mais que les éléments remplissent effectivement leur rôle d'évi- ter un rétrécissement axial de la pièce L"'ondulation" connue des éléments de décharge à la traction influence par contre la "rigidité longitudinale" des éléments. Pour la fabrication des pièces de forme rétré- cissables conformes à l'invention, lorsqu'il s'agit de piè- ces avec deux extrémités ouvertes, telles que tuyaux sou- ples ou manchettes, on procède avantageusement, tout d'abord à une extrusion d'un tuyau sans fin, ou tuyau souple, en un matériau susceptible de réticulation et, pendant cette extrusion, les éléments à résistance à la traction accrue 7.- sont insérés, en disposition concentrique, dans la paroi de ce tuyau Les pièces de forme rétrécissables sont dé- coupées aux longueurs désirées dans ce tuyau sans fin, avant ou après la réticulation Ce procédé permet une con- fection rationnelle des ébauches, en étant assuré que, dans la paroi de chacune des pièces, les éléments à résis- tance à la traction accrue sont insérés en longueurs axia- les nécessaires. Suivant une autre caractéristique de l'invention, lorsque la paroi des pièces de forme rétrécissables est du type à couches multiples, les éléments à résistance à la traction accrue, notamment dans le cas d'une extru- sion des couches individuelles, sont insérés dans la dernière couche extérieure, au cours d'une même opération. La réticulation des ébaucnes, tuyau souple sans fin ou également tuyau déjà coupé à longueur désirée, peut être réalisée par le procédé usuel La réticulation chimi- que au moyen de peroxydes appropriés est également possi- ble ainsi que la réticulation par mise en oeuvre d'un rayonnement riche en énergie. Une autre possibilité consiste en la réticula- tion par action de l'humidité Pour cela, il a été consta- té qu'il est avantageux d'entreprendre la réticulation de l'ébauche au cours d'une action d'humidité à des tempéra- tures comprises entre 80 et 200 C, de préférence entre 140 et 18000 L'élargissement dans l'état destiné à être bloqué s'effectue alors directement à la suite, sur l'ébauche en- core chaude Dans le cas dans lequel, suivant une autre caractéristique de l'invention, la réaction de réticula- tion est produite par elle-même par l'opération de formage ou d'injection de l'ébauche, il est possible de renoncer à un traitement spécial par l'humidité à haute température. L'augmentation de température avant l'élargissement de l'é- bauche peut être réalisée indépendamment du traitement par l'humidité, c'est-à-dire, dans le cas de mélanges capables 8.- d'absorption de micro-ondes, par un échauffement par éner- gie à haute fréquence L'économie du procédé de fabrica- tion peut ainsi être améliorée. Comme cela est déjà mis en pratique pour la réticulation par l'humidité de câbles, la réticulation proprement dite peut avoir lieu dans une sorte de sauna, c'est-à-dire dans une atmosphère de vapeur d'eau à tempéra- ture élevée Cependant, pour l'application de l'invention dans le même but, on peut utiliser un mélange de glycérine et d'eau ou d'huile et d'eau Cela présente l'avantage, d'une part, de conditions régulières de température sans mesures de commande spéciales et, d'autre part, l'avantage que, par les composants mieux compatibles que l'eau avec les polymères de l'article rétrécissable, on obtient une pénétration de diffusion plus rapide des faibles quantités d'eau nécessaires pour la réticulation Comme matériaux de base, peuvent être utilisés tous les polymères, avec les- quels une insertion d'organo-silanes est possible par gref- fage de radicaux initiateurs. Pour des raisons de facilité de traitement, on a constaté comme particulièrement avantageux, pour les buts de l'invention et indépendamment du mode de réticula- tion choisi, l'emploi de polyéthylènes ainsi que des poly- mérisats de mélange d'éthylène avec des monomères vinylacé- tate ou acrylate Mais, il est également possible d'utili- ser, comme matériaux de base, des composés à base de caout- chouc-propylène-éthylène seuls ou en association avec des polypropylènes. Pour une bonne résistance aux rayons ultra- violets et également pour améliorer les propriétés mécani- ques ou rhéologiques du mélange lors de la fabrication de l'ébauche, on a constaté comme avantageuse l'addition de noir de carbone au matériau de base Les plus avantageux dans ce sens sont les noirs de carbone d'acétylène à pro- priétés non hygroscopiques Ces noirs de carbone possèdent, 9._ en outre, une capacité conductrice élevée Il suffit de fai- bles quantités, par exemple de l'ordre de 1,5 à 3 pour cent de polymère, pour donner à l'article rétrécissable la ré - sistance à l'ultra-violet nécessaire L'utilisation de noir de carbone d'acétylène non hygroscopique présente une grande importance, notamment dans le cas-oh les ébauches sont réticulées par action de l'humidité, après greffage de silanes sur le matériau de base. Si parmi les modes de réticulation possibles# on désire opérer une réticulation par l'humanité, il est en outre essentiel que le produit auxiliaire de réticula- tion, par exemple l'organo-silane, soit disponible en quan- tité suffisante, mais équilibrée par rapport au peroxyde, afin de produire les forces de liaison moléculaire néces- saires pour le rétrécissement de retour à partir d'un état élargi Le rapport molaire entre les peroxydes producteurs d'emplacements de radicaux sur la macro molécule et la quantité de silane ajoutée s'élève avantageusement, confor- mément à l'invention, à 1/10. L'invention est expliquée ci-après avec rféf- rence aux figures 1 et 2 annexées représentant des pièces réalisées selon l'invention. L'ébauche allongée fabriquée en matériau sus- ceptible de réticulation, par exemple à partir d'un tuyau souple sans fin réticulé, est désignée par la référence 1 en figure 1 Dans la paroi de ce tuyau 2, sont disposés des éléments 3 possédant une haute résistance à la trac- tion et un faible allongement Dans l'exemple représenté, ces éléments consistent en des fils individuels 4 groupés en faisceau à base de fibre de verre Comme le montre la figure, les éléments 3 s'étendent rectilignes en direction axiale, les longueurs axiales de l'ébauche et des élé- ments 3 étant par conséquent, identiques Les éléments 3 sont disposés répartis sur le pourtour du tuyau, leur nom- bre étant ici égal à quatre, mais devant être choisi plus 10.- ou moins élevé selon les exigences pour le produit fini. En variante par rapport à la figure 1, la fi- gure 2 montre une ébauche 1 déjà élargie ou à l'état gon- flé par soufflage, c'est-à-dire qu'elle a la forme de la pièce rétrécissable prête à l'emploi qui est bloquée dans son état élargi ou agrandi L'alésage 5 est accru par rap- port à celui de la figure 1, tandis que l'épaisseur de la paroi tubulaire 2 est réduite en correspondance avec l'ac- croissement du diamètre de l'alésage 5 La longueur axiale est déterminée par les éléments 3, c'est-à-dire qu'elle res- te inchangée sous l'effet de l'opération de déformation radiale conforme à l'invention Ceci a pour conséquence que le processus de rétrécissement ultérieur s'effectuera éga- lement exclusivement en direction radiale, tandis que la longueur de la pièce 1 reste inchangée Une grande préci- sion des dimensions est ainsi assurée. Comme le montre la figure 2, les éléments 3 présentent une forme de section transversale différente causée par la présence de fibres à plusieurs brins, ce qui signifie, lors du processus d'élargissement de la pièce des forces qui provoquaient dans les solutions antérieure- ment connues, un rétrécissement important des tuyaux en direction axiale Ces forces sont maintenant, conformément à l'invention, absorbées par les éléments 3, qui permettent un fluage du matériau en direction radiale, mais qui s'op- posent à un changement de la longueur axiale au cours du processus d'élargissement de la pièce. 11 - REVE N D I C A T I O N S 1. Pièce de forme capable de rétrécissement, de faible longueur, telle que capuchon, tuyau souple ou manchette rétrécissables en matière extrudée et réticu- lée, pièce caractérisée en ce que, dans la paroi ( 2) sont disposés, s'étendant en direction longitudinale, et répartis sur le pourtour, des éléments ( 3) possédant une résistance à la traction plus élevée et un allongement plus réduit. 2 Pièce suivant la revendication 1, carac- térisée en ce que les éléments ( 3) sont des fibres indi- viduelles ou réunies en groupes, insérées dans la paroi ( 2). 3. Pièce suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la paroi ( 2) est constituée en plusieurs couches. 4. Pièce suivant l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisée en ce que les éléments ( 3) sont recouverts et/ou imbibés avec un produit adhésif de maintien. 5. Pièce suivant l'une quelconque des reven- * dications 1 à 4, caractérisée en ce que les éléments ( 3) à plus haute résistance à la traction et à plus faible al- longement sont disposés dans la phase extérieure de la pa- roi à plusieurs couches de la pièce ( 1). 6. Pièce suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisée en ce que la longueur axia- le des éléments ( 3) correspond essentiellement à la lon- gueur axiale de la pièce de forme rétrécissable ( 1) avant son élargissement. 7. Procédé pour la fabrication d'une pièce de forme rétrécissable suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6, avec deux extrémités ouvertes, telle que tu- yau souple, manchette ou analogue, procédé caractérisé en ce qu'on extrude tout d'abord un tuyau sans fin ou tuyau 12.- souple en matériau préalablement réticulé, et, pendant l'extrusion, on introduit les éléments ( 3), à haute résis- tance à la traction et à faible allongement, en disposi- tion concentrique à l'axe du tuyau, qui restent insérés dans la paroi ( 2) du tuyau extrudé, et on découpe dans ce tuyau, les pièces de forme rétrécissables de longueurs appropriées. 8. Procédé de fabrication de pièces rétrécis- sables conformes à l'une quelconque des revendications 1 à 6, en variante du procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce que, après extrusion d'une ou plusieurs couches de paroi, les éléments ( 3) sont insérés dans la dernière couche extérieure de la paroi. 9. Procédé suivant l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que l'ébauche sans fin obtenue est réticulée sous l'action d'un rayonnement à haute éner- gie. 10. Procédé suivant l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que les ébauches sans fin ex- trudées sont réticulées par traitement à l'humidité à tem- pératures élevées comprises entre'80 et 200 00, particuliè- rement entre 140 et 18000 C, et sont soumises, à l'état en- core chaud, à leur élargissement jusqu'à l'état stabilisé de la pièce. 11 Procédé suivant l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que, comme élé- ments à haute résistance à la traction et faible allonge- ment, on utilise des éléments à base de fibres de verre. 12. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que, comme maté- riau de base pour les pièces de forme rétrécissables, on utilise des polyéthylènes ou des mélanges de polymères d'éthylène. 13. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 7 à 12, caractérisé en ce que, comme ma- 252047 ? 13.- tériau de base, on utilise des composés à base de caout- chouc-éthylène-propylène seuls ou en association avec des polyoléfines, telles que polypropylène.