Brevet FR2596490A1 — publié le 19871002

TUYAUX SOUPLES POUR LE TRANSPORT DE FLUIDES SOUS PRESSION OU DEPRESSION, NOTAMMENT POUR MOTEURS DE VEHICULES AUTOMOBILES. La présente invention se rapporte aux tuyaux et durits chargés du transport de fluide (air, eau, etc...) et notamment ceux du type utilisé pour les circuits d'eau et d'air, nécessaires au fonctionnement d'un moteur à combustion interne pour véhicule automobile. Généralement ce type de tuyau est fabriqué à partir d' un mélange élastomèrique vulcanisable extrudé et comporte une nappe textile noyée entre une partie tubulaire intérieure en contact avec le fluide et un revêtement extérieur, ces deux parties pouvant être réalisées en mélanges différents ou identiques. Le raie de la nappe textile est d'assurer la résistance à la pression interne du tuyau. Après extrusion, le tuyau obtenu est coupé en éléments suivant la longueur demandée. Chaque ébauche est alors emmanchée sur une tringle (tringlage), laquelle est ensuite placée dans un autoclave pour l'opération de vulcanisation. Après cuisson, le tuyau ainsi obtenu doit être retiré de sa forme (détringlage), la réticulation créée par la vulcanisation assurant l' irréversibilité de la mise en forme. Suivant un autre procédé connu, il est possible d'ajouter au mélange des fibres, enrobées ou non d' adhésif, qui, après orientation lors de 1' extrusion, se lient au mélange lors de la vulcanisation, créant ainsi une véritable structure composite du matériau. La présence de ces fibres permet de supprimer la nappe textile, car la structure composite obtenue est suffisante pour résister aux valeurs de pression rencontrées dans la pratique. Cette structure composite présente de plus l'avantage par rapport au premier procédé d'offrir une résistance à la dépression, ce qui est intéresant pour les tuyaux du circuit retour. La mise en forme du tuyau se fait comme pour le premier procédé : tringlage, cuisson et détringlage. Ces deux procédés et ceux qui en sont dérivés présentent les inconvénients suivants - d' une part les opérations de tringlage et de détringlage se font manuellement et sont particulièrement pénibles à réaliser, d' où un coût élevé de ces opérations. - d'autre part, pour certaines applications telles que les durits de liaison entre moteur et radiateur, ces durits se comportent comme des pO zt' de transf ission vers la caisse des vibrations en provenance du motet . L'assouPlissement des durits, obtenu en louant sur la dureté du mélange caoutchouc les constituant n' est guère possible, car le matériau doit conserver un module minimum pour assurer la tenue de la durit et sa résistance aux a-coups de pression. Pour les mêmes raisons, il n est pas envisageable de diminuer l' épaisseur du tuyau, généralement réduite au minimum nécessaire pour des questions de prix. On connue aussi des tuyaux en caoutchouc pour le transport de fluides, dépourvus .de renforts internes, de structure annelée, utilisés notamment comme canne de vidange pour machines à laver le linge. Mais un tel produit ne saurait répondre aux exigences de résistance à la pression, à la dépression et à la fatigue requises pour les applications sur les véhicules automobiles modernes. L'objet de la présente invention réside dans la fabrication d'un tuyau souple et résistant pour le transport de fluide palliant les difficultés évoquées plus haut, dans laquelle on remplace les coudes et les courbures par des zones annelées comportant au moins un, mais généralement plusieurs plis circulaires concentriques à 1' axe du tuyau. Ces anneaux sont obtenus par une méthode dite de soufflage, qui consiste à placer, avant vulcanisation, l' ébauche crue dans un moule comportant le profil extérieur des spires annelées, à faire l' étanchéité aux deux extrémités et à conformer l'ensemble en introduisant à l'intérieur de l'ébauche de l'air sous pression.Sans sortir de l'invention, on peut également créer le vide dans l' empreinte du moule autour de 1' ébauche, ce qui conduit au meme résultat, à savoir une mise en forme par placage de l'ébauche sur la paroi du moule. Après formation des anneaux, l'ensemble obtenu est cuit à l' autoclave par vulcanisation. Chaque tuyau est ainsi réalisé en longueur droite susceptible de prendre la forme souhaitée lors du montage. Il est constitué d' une succession de portions cylindriques et de zones annelées, lesquelles correspondent aux coudes et courbures du tuyau. Le nombre d' anneaux est fonction du rayon de courbure à prendre : plus celui-ci sera petit, plus grand sera le nombre d'anneaux. Comme on le voit, aucune opération de tringlage ou de détringlage n' est effectuée. D' autre part, la structure annelée fournit naturellement une grande souplesse axiale et radiale aux tuyaux, permettant d'améliorer très sensiblement les propriétés de filtre des vibrations émises à - une extrémité. On notera que la création d' anneaux par soufflage, telle que décrite ci-dessus, n' est pas réalisable avec un produit constitué à partir d' un élastomère renforcé par une nappe cylindrique tressée ; en effet on se heurtera alors soit à la raideur radiale du renfort, soit à sa destruction partielle lors du soufflage ce qui rendra le produit obtenu incompatible avec son application aux durits de véhicules automobiles. Au contraire, les tuyaux objets de la présente invention conservent leurs caractéristiques mécaniques en raison de l' utilisation d' un mélange chargé de fibres de faible longueur, enrobées d'un agent d'adhésion et introduites dans le matériau lors de sa fabrication. Il est possible en utilisant une filière spéciale lors de l'opération d' extrusion, d'obtenir une orientation radiale et tangentielle de ces fibres, selon une méthode connue en soi. Ces dernières sont traitées spécialement pour se lier au caoutchouc lors de la vulcanisation ultérieure. Tant que cette opération n' est pas effectuée, le matériau reste plastique et par suite susceptible de déformation sans effet de mémoire. La structure en anneaux est obtenue généralement par une expansion radiale de 1' ébauche par soufflage sous 1' effet d' un accroissement de la pression interne, et ce, sans modification de l'orientation des fibres. Après vucanisation, celles-ci se lient à la matière élastomérique, créant ainsi la structure composite permettant de résister aux effets de pression et de dépression recherchés. Toutefois ce procédé ne permet d' obtenir des caractéristiques performantes optimales que sous réserve de respecter une géométrie appropriée des anneaux qui sera ultérieurement décrite. La présente invention sera exposée, à titre d' exemple non limitatif, au regard des figures l à 9 ci-lointes, qui se rapportent respectivement : - la figure l, à une vue en perspective d'une ébauche de tuyaux, montrant la présence des micro-fibres orientées tangentiellement et radialement dans l'élastomère 1' élastomère - les figures 2 et 3, à une vue de coté d' une portion de tuyau selon l'invention, montrant une zône annelée, respectivement après soufflage et après précontrainte axiale ; - les figures 4 et 5, à une vue en plan d' un tuyau, respectivement obtenu selon la technique antérieure et selon l'invention; ; - les figures 6 et 7, à une vue de détails de deux réalisations des plis constituant les zônes annelées les figures 8 et 9 à n schéma de principe de la fabrication des tuyaux selon l'invention. Conformément au procédé de l'invention, on élabore en un premier temps la matière de base de la façon suivante connue en soi. On forme un mélange élastomérique comportant ses agents de vulcanisation, à l' aide d' un mélangeur classique, propre à l'industrie du caoutchouc. On profite de cette phase de fabrication, pour y incorporer les microfibres de renfort, constituées de cellulose, de polyester ou de tout autre matériau, comme la basalte. Ces fibres sont ensimées au préalable, c' est-à-dire enrobées d' un agent vulcanisant permettant, lors de la cuisson du tuyau, l' adhésion des fibres à, la matrice d' élastomère. Tant que cette cuisson n' est pas effectuée les fibres sont libres de se mouvoir dans le caoutchouc et de prendre diverses orientations. Après étirage en bande ou granulation, le mélange ci-dessus est introduit dans la vis d' extrusion d' une boudineuse qui extrude une ébauche 1 comportant des fibres orientées radialement et circonférentiellement yisible 4 à la figure 1. Si on effectue une cuisson de cette ébauche, l' enrobage des fibres covulcanisé avec la matière élastomère, cette structure composite donne lieu à un produit pouvant résister à des efforts de pression ou de dépression interne. C' est préalablement à cette cuisson, que les procédés antérieurs à l'invention faisaient subir à 1' ébauche de tuyau une opération de tringlage, longue, pénible et coûteuse en temps et en argent, qui est maintenant supprimee. Selon l'invention, 1' ébauche de tuyau précédente subit, avant cuisson, une déformation radiale qui permet de remplacer une zone courbe par une zone droite comportant une série de plis 2 facilitant la prise de rayon éventuelle. Lors de cette déformation radiale, les fibres s' écartent du centre géométrique du tuyau sans changer d orientation. Cette déformation s' effectuant sur matériau cru, ce dernier reste dans une phase plastique et ne garde pas la mémoire de la contrainte subie par cette mise en forme. Seule I' épaisseur de paroi est diminuée et il faut donc en tenir compte lors de la définition géométrique de l'ébauche. Un exemple de tuyau obtenu par ce procédé est donné à la figure 2. il est possible également d' effectuer, après la mise en forme radiale, une opération complémentaire de précontrainte axiale dont le produit résultant est illustré à la figure 3. Cette nouvelle opération ne modifie pas non plus 1' orientation des microfibres. Il est nécessaire de mantenir cette prédéformation axiale du tuyau pendant la phase de vulcanisation, en raison de de élasticité axiale du tuyau annelé. Le taux de déformation axiale peut varier de O à 50 % suivant le compromis recherché entre la tenue à la pression, le filtrage des vibrations transmises par le tuyau, le rayon de courbure du parcours du tuyau, etc... Après ces opérations, on obtient un tuyau du type de celui représenté sur la figure 5. Par analogie à un produit obtenu de façon traditionnelle par tringlage et détringlage, illustré à la figure 4, on remarque qu'à chaque courbure 3 de ce dernier, correspond une zône annelée 4 du produit de 1' invention représenté à la figure 5, succédant à des parties droites 5. L' ébauche correspondante n' est toutefois pas encore figée dans sa forme définitive ; il en sera ainsi après qu' elle ait subit une étape de vulcanisation, ultérieure. Sur ces exemples, les plis 2 se présentent comme une succession d' anneaux toriques de section circulaire. Sans sortir de 1' invention, il est possible de donner d' autres profils aux plis, comme le montrent les figures 6 et 7 ; dans le premier cas, on voit que les plis 2' possèdent u.l profil anguleux symétrique, contrairement auc plis 2" de la variante de la figure 7 ; celle-ci permet d' obtenir de très faibles rayons de courbure aux zones 4, mais au détriment de la tenue en fatigue sous pression alternées. Le choix du profil dépend donc des spécifications requises par le tuyau en fonctionnement. Le processus complet de fabrication des tuyaux suivant l'invention comprend les étapes suivantes illustrées aux figures 8 et 9 - extrusion du profilé avec orientation des fibres au poste 10, coupe à longueur de l' ébauche au poste l l, - transport des ébauches sur un tapis roulant 12 lusqu à la machine 13 de mise en forme des plis annulaires, soit par une opération de soufflage à l'intérieur de l'ébauche placée dans l'empreinte d'un moule 14 contre les parois duquel 1' ébauche en caoutchouc viendra se plaquer, soit en faisant le vide autour de l' ébauche. Les ébauches ainsi préformées sont acheminées sur un plateau 15 placé ultérieurement dans un autoclave 16 pour l' opération de vulcanisation. Le plateau 15 peut éventuellement être équipé d' un dispositif assurant la précontrainte axiale des tuyaux si nécessaire. Selon un autre mode de fabrication dérivé du précédent illustré à la figure 9, il est possible d' automatiser la phase de mise en forme des tuyaux. Le tapis transporteur 12 amène les ébauches I en continue entre les plateaux d' une presse 13' à soufflage d' air ; un dispositif c3ne-pince connu en soi assure l'étanchéité de leurs extrémités.Après fermeture du moule, l'air sous pression est inlecté dans les ébauches l. Comme mentionné plus haut, il peut être nécessaire d' augmenter l'épaisseur initiale de ladite ébauche pour tenir compte de la diminution de son épaisseur lors de l' opération de soufflage ; celui-ci peut ne porter que sur les zones devant comporter les plis ou s' exercer sur l' ensemble du tuyau, y compris les zones droites, dans le but d'homogénéiser le plus possible 1' épaisseur du tuyau. Comme dans le cas précédent, les ébauches préformées sont amenées sur des plateaux 15 à l'entrée des autoclaves 16 de vulcanisation. Le procédé qui vient d' être décrit au suret de tuyaux pour le transport de fluide, fabriqué en supprimant les opérations de tringlage et et détringlage, peut-être transposé à la fabrication par moulage de produits tels que des soufflets pour les circuits d' aspiration d' air appliqués aux moteurs de véhicules automobiles. Il permet, dans ce cas, de supprimer les opérations délicates de dégagement du soufflet de son noyau métallique conformateur interne, nécessaires selon la technique antérieure. De la même façon, le procédé selon l' invention peut avantageusement être appliquée à la mise en forme de matières thermo-plastiques chargées de fibres. Dans ce cas, on veillera à ce que la température de 1' ébauche soit suffisamment élevée pour qu' elle arrive à l'état plastique au stade de sa mise en forme. Une simple opération de refroidissement suffira à la conservation du profil géométrique obtenu à l' étape précédente. REVENDICATIONS I. Procédé pour la fabrication de tuyaux pour Je transport de fluides, applicable notamment aux moteurs de véhicules automobiles, caractérisé par le fait qu' il résulte de 1' extension d' une matière synthétique chargée de micro-fibres de renfort, préférentiellement ensimées, qui s' orientent au cours de cette opération, donnant lieu à une ébauche~ (l) qui, avant polymérisation, est soumise à une déformation radiale créant une série de plis (2) circulaires et concentriques à 1' axe du tuyau dans des zones (4) de l'ébauche (l) destinées à être courbées, cette déformation étant obtenue par soufflage interne de 1' ébauche (1) ou sa mise en dépression externe dans un moule (13), dont la surface comporte le profil extérieur des spires annelées (2). 2. Procédé selon Ja revendication l, caractérisé en ce que la matière chargée de micro-fibres est en élastomère et que le soufflage de l'ébauche (l) est suivi d' une étape de vulcanisation. 3. Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que la matière chargée de micro-fibres est thermoplastique et que le soufflage de l'ébauche (I) est suivi d'une étape de refroidissement. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la déformation radiale de l'ébauche (l) est suivie d'une précontrainte axiale avant I' opération qui fixe sa forme finale. 5. Tuyaux pour le transport de fluides, notamment applicables aux moteurs de véhicules automobiles, caractérisés en ce qu'ils sont constitués d' un corps extrudé en matière synthétique chargée de micro-fibres de renfort orientées, qui présente alternativement des parties cylindriques (5) et des parties annelées (4), ces dernières étant disposées aux endroits du tuyau devant prendre des courbures. 6. Tuyaux suivant la revendication 5, caractérisés en ce que les micro-fibres de renfort sont du type cellulose, polyester, basalte. 7. Tuyaux suivant la revendication 5, caractérisés en ce que les parties annelées (4) sont composées d' une succession d' anneaux toriques de section circulaire (2). 8. Tuyaux suivant la revendication 5, caractérisés en ce que les parties annelées (4) sont composées d' une succession de plis (2') possédant un profil anguleux symétrique. 9. Tuyau suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les parties annelées (4) sont composées d' une succession de plis (2") possédant un profil anguleux assymétrique.