Brevet FR2633554A1 — publié le 19900105

Procédé pour réaliser, par coextrusion, un tuyau allégé et filière pour sa réalisation La présente invention concerne un procédé pour réaliser, par coextrusion, un tuyau allégé comportant une âme en matière thermoplastique expansée et des parois interne et externe en matière thermoplastique dense ainsi qu'une filière convenant particulièrement pour sa réalisation. Dans le brevet européen EP-Bi-0019564, on divulgue déjà un procédé pour réaliser par coextrusion un tel tuyau dans lequel on coextrude les matières thermoplastiques fondues constitutives du tuyau au travers d'une tête de répartition de façon à former trois veines tubulaires des matières thermoplastiques en contact constituant l'ébauche du tuyau désir& et dans lequel on fait ensuite passer les trois veines en contact au travers d'une filière classique pour tuyau comportant un divergent-convergent et une portion droite de conformation du tuyau. Dans un tel procédé, les veines de matière thermoplastique s'écoulant dans le divergent-convergent passent au travers d'un trèfle dont les branches ou ailettes porte-noyau provoquent des séparations longitudinales dans les veines d'écoulement, la partie convergente assurant un resoudage de l'ébauche. Il apparatt toutefois que le tuyau allégé finalement produit présente généralement des marques longitudinales résultant de cette séparation, qui nuisent à son aspect et qui constituent des zones de résistance mécanique amoindrie. On peut certes améliorer l'aspect du tuyau allégé ainsi produit en réalisant la zone convergente de la filière de façon telle que ses parois soient elles-mêmes convergentes ainsi qu'il est montré sur la figure illustrative du dessin annexé au brevet européen susmentionné. On constate toutefois que ce moyen est d'une efficacité aléatoire, en particulier lorsque le tuyau allégé produit est de -2- diamètre élevé, supérieur à 25 cm ou d'épaisseur de paroi supérieure à 5 mm. La présente invention a pour premier objectif de fournir un procédé amélioré qui permet la production de tuyaux allégés qui sont dépourvus de toute trace provoquée par les ailettes porte- noyau et qui présentent de ce fait une résistance mécanique améliorée. La présente invention concerne dès lors un procédé pour réaliser, par coextrusion, un tuyau allégé comportant une âme en matière thermoplastique expansée et des parois interne et externe en matière thermoplastique dense dans lequel on coextrude les matières thermoplastiques fondues constitutives du tuyau au travers d'une tête de répartition de façon à former trois veines tubulaires des matières thermoplastiques en contact constituant l'ébauche du tuyau désiré et dans lequel on fait ensuite passer les trois veines en contact au travers d'une filière classique pour tuyau comportant un divergent-convergent et une portion droite de conformation du tuyau qui se caractérise en ce que, dans la portion droite de conformation, on fait passer les trois veines de matière thermoplastique dans une zone de section rétrécie, en amont de l'orifice de sortie, de façon à engendrer un accroissement de pression de 2.106 à 15.106 Pascals dans les matières thermoplastiques s'écoulant dans le convergent de la filière. La matière thermoplastique constitutive des parois interne et externe peut être quelconque et être notamment une résine vinylique telle que le polychlorure de vinyle, une polyoléfine telle que du polyéthylène ou du polypropylène, une résine styrénique telle que le polystyrène ou encore une résine acrylique telle un copolymère du type ABS. Les parois interne et. externe peuvent être, au choix, rlalisées à partir de matières thermoplastiques identiques ou différentes. La matière thermo- plastique constitutive de l'âme peut être une résine vinylique telle le polychlorure de vinyle, une résine styrénique telle le polystyrène, une polyoléfine telle le polyéthylène et le f -3- polypropylène, ou encore une résine acrylique telle qu'un copoly- mère du type ABS, ces résines contenant un agent d'expansion constitué par un liquide volatile tel un hydrocarbure ou par un agent chimique tel qu'un agent libfrant de l'azote comme décrit dans le brevet britannique GB-A-1.211.860. Dans le cas o le tuyau produit n'est pas appelé à devoir résister à des conditions d'utilisation sgvères, la matière thermoplastique constitutive de l'âme peut avantageusement être obtenue à partir de matières thermoplastiques recyclées et notamment de déchets d'emballages tels que des bouteilles. De préférence, on choisit les matières thermoplastiques constitutives des parois et de l'âme de façon telle que celles-ci soient compatibles afin d'obtenir une adhérence suffisante entre les couches constituant le tuyau allégé. On peut toutefois réaliser des tuyaux allégés à partir de matières thermoplastiques non compatibles en prévoyant une ou des couches d'un adhésif thermoplastique approprié entre les couches non compatibles, ce qui impose naturellement le recours à une tête de répartition i quatre, voire cinq couches. La présente invention a également pour objet de fournir une filière qui convient particulièrement pour la réalisation de ce procédé. L'invention concerne donc également une filière comportant un convergent-divergent et une portion droite de conformation du tuyau qui se caractérise en ce que la portion droite de conforma- tion du tuyau, en amont de l'orifice de sortie, présente une zone de section rétrécie. De préférence, dans la filière conforme à l'invention, le rapport entre la section de l'orifice de sortie et la section de la zone de section rétrécie est compris entre 1,5 et 5. Selon un mode de réalisation particulier de la filière conforme à l'invention, la zone de section rétrécie est consti- tuée par un accroissement du diamètre interne de la section de passage de la portion droite de conformation. Selon un autre mode de réalisation, la zone de section -4- rétrécie est constituée par une diminution du diamètre externe de la section de passage de la portion droite de conformation. Il est toutefois évident que la zone de section rétrécie peut être constituée à la fois par un accroissement et par une diminution des diamètres interne et externe de la section de passage de la portion droite de conformation. Pour éviter tout risque de stagnation de matière thermo- plastique, il convient que l'accroissement et/ou la diminution des diamètres interne et externe de la section de passage de la portion droite de conformation soient réalisés de façon progres- sive et, de préférence, selon une pente de 5 à 15'. De façon avantageuse, la zone de section rétrécie a une longeur comprise entre 5 et 20 cm. En outre, la distance entre la zone de section rétrécie et l'orifice de sortie de la portion droite de conformation est d'au moins 5 cm de façon à assurer la formation d'un tuyau allégé ayant l'épaisseur de paroi désirée nonobstant la présence de la zone de section rétrécie. Le procédé et la filière selon l'invention sont en outre explicités de façon plus détaillée dans les exemples de réalisa- tion pratique qui vont suivre et pour lesquels on se référera t- la fig. du dessin annexé qui représente en coupe partielle schématique le canal d'écoulement des matières thermoplastiques dans une filière conforme à l'invention. Ainsi qu'il apparatt sur cette figure, la filière conforme à l'invention dont la partie arrière 1 est raccordée I une tête de répartition non représentée comporte un divergent 2 et un convergent 3 reliés entre eux via un trèfle 4 comportant les ailettes maintenant le noyau 5 et une portion droite 6 de confor- mation du tuyau, cette portion ayant une longueur Lo et une épaisseur de passage eo. Conformément à l'invention, la portion droite 6 comporte une zone 7 de longueur L et d'épaisseur e de section rétrécie qui est obtenue par un accroissement du diamètre interne de la section de passage de la portion droite de conformation 6. En outre, la zone -5- de section rétrécie 7 est raccordée progressivement à la paroi interne de la portion droite 6 de conformation selon des pentes 8 de 100. Dans une filière de grand diamètre (supérieur à 25 cm> telle que représentée à la figure susdécrite mais dépourvue de zone 7 de section rétrécie, la pression d'extrusion générée dans la portion droite de conformation peut être calculée par la relation: 2L AP - K n 0 e o dans laquelle: - Y est le gradient de vitesse développé dans la géométrie initiale d'épaisseur eo et de longueur Lo; - n est le coefficient non newtonien calculé au départ de la relation: - K 5n - é étant la tension de cisaillement de la matière thermo- plastique mise en oeuvre au gradient de vitesse Y et - K étant une constante obtenue au départ de la relation précédente. Exemples Dans les exemples qui vont suivre, on a, pour des raisons de facilité, réalisé les tubes allégés uniquement à partir de poly- chlorure de vinyle de nombre K - 66 contenant 2,1 pcr de stabili- sant au plomb, 0,5 pcr de lubrifiant interne et 0,5 pcr de lubri- fiant externe. Les propriétés rhéologiques de cette composition ont été mesurées au moyen d'un viscosimètre à capillaire INSTRON équipé de filières cylindriques de 0,2 cm de diamètre et de rapport L/R de 1 et 30 respectivement, donnant un mSme gradient de vitesse Y et respectivement les pressions d'extrusion P1 et P2. La tension de cisaillement se calcule au moyen de la relation classique: - (P2-Pl).. 98100 Pa 2(30-1) (P1 et P2 étant mesurées en kg/cm2)'. -6- Pour la formulation mise en oeuvre, les paramètres rhéolo- giques mesurés sont: - K - 2.104 - n - 0,55. Exemple 1 (de référence) Pour cet essai, donné à titre de comparaison, on a utilisé une filière telle qu'illustrée dans la figure annexée mais dépourvue de zone rétrécie dans la portion droite de conforma- tion, la filière étant raccordée à une tête de répartition. Les paramètres géométriques de cette filière dans la portion droite de conformation sont les suivants: - diamètre - 315 mm - Lo = 34,6 cm - eo 0 8,85 mm. Avec cet appareillage, on extrude la composition définie ci-avant sous un débit de 400 kg par heure, la température de la filière étant de 185'C et la température de la matière thermo- plastique à la sortie de 189 C. La pression développée par la filière utilisée au niveau du convergent est égale à: 2.34,6 K yn 0,885 dans laquelle: 6 x 400 Y-' - 7,05. 3,6 x 1,24 x 3,14 x 31 x 0,8852 On trouve dès lors que la pression développée dans le convergent est égale à 4,6.106 Pascals. On constate que le tube allégé extrudé dans ces conditions présente des marques longitudinales provenant de la présence des ailettes porte-noyau, ces marques constituant des points de faiblesse en cas de choc. Exemple 2 On procède comme à l'exemple 1 en utilisant une filière identique mais équipée cette fois d'une. sone rétrécie dans la portion droite de conformation comme illustrée sur la figure annexée. -7- --_ 7 _- La longueur de la zone rétrécie est de 79 mm et le passage laissé libre dans cette zone a une épaisseur de 4,35 mm. Le gradient de vitesse au niveau de la zone rétrécie est dès lors de 30 sec-1. La pression qui en résulte au niveau du convergent est dès lors de: 2.104 x 7,050'55 x 7,9 x 2 4,6.106 Pascals - Pascals + 0,885 2.104 x 300,55 x 7, 9 x 2 Pascals - 4,6.106 Pascals - 0,435 1,05.106 Pascals + 4,7.106 Pascals - 8,25.106 Pascals, ce qui représente une pression supérieure de 3,65.106 Pa à celle développée selon l'exemple 1. On constate cette fois que le tuyau all6gé produit est exempt de tout défaut. - 8 - REVENDICATIONS R E V E N D I C A T I 0 N S 1 - Procédé pour réaliser par coextrusion un tuyau allégé comportant une âme en matière thermoplastique expansée et des parois interne et externe en matière thermoplastique dense dans lequel on coextrude les matières thermoplastiques fondues constitutives du tuyau au travers d'une tite de répartition de façon à former trois veines tubulaires des matières thermo- plastiques en contact constituant l'ébauche du tuyau désir& et dans lequel on fait ensuite passer les trois veines en contact au travers d'une filière classique pour tuyau comportant un divergent-convergent et une portion droite de conformation du tuyau, caractérisé en ce que, dans la portion droite de conforms- tion, on fait passer les trois veines de matière thermoplastique dans une zone de section rétrécie, en amont de l'orifice de sortie, de façon à engendrer un accroissement de pression de 2.106 à 15.106 Pascals dans les matières thermoplastiques s'écou- lant dans le convergent de la filière. 2 - Filière pour la réalisation du procédé selon la revendication 1 comportant un divergent-convergent et une portion droite de conformation du tuyau, caractérisée en ce que la portion droite de conformation du tuyau, en amont de l'orifice de sortie, présente une zone de section rétrécie. 3 - Filière selon la revendication 2, caractérisée en ce que le rapport entre la section de l'orifice de sortie et la section de la zone de section rétrécie est compris entre 1,5 et 5. 4 - Filière selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que la zone de section rétrécie est constituée par un accroissement du diamètre interne de la section de passage de la. portion droite de conformation. - Filière selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que la zone de section rétrécie est constituée par une diminution du diamètre externe de la section du passage de la portion droite de conformation. 9 - 6 - Filière selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caracttris4e en ce que la zone de section rétrécie a une longueur comprise entre 5 et-20 cm. 7 - Filière selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractEris&e en ce que la distance entre la zone de section rItrtcie et l'orifice de sortie de la portion droite de conforma- tion est d'au moins 5 cm.