Brevet FR2656824A1 — publié le 19910712

L'invention se rapporte à un procédé d'assemblage de pièces plastiques et aux pièces destinées à être assemblées. La présente invention est relative à un procédé et un dispositif de raccordement, avantageusement tubulaires, en matières plastiques, par exemple des résines fluorées, notamment du polytétrafluoréthylène (PTFE), des copolymères de PTFE ou des polymères de PTFE modifiés, et des résines non fluorées à haute viscosité à ltétat fondu, notamment les polyéthylènes à haut et très haut poids moléculaire. De nombreuses industries, notamment la fabrication de semi-conducteurs, l'industrie pharmaceutique et des installations de chimie fine, nécessitent l'utilisation d'appareillages et de tuyaux munis de revêtements intérieurs ne contaminant pas le fluide véhiculé. On utilise traditionnellement à cet effet des tuyauteries en résine fluorée notamment en PTFE extrudé qui présentent de bonnes caractéristiques de résistance chimique et de non contamination vis-à-vis des fluides transportés. Cependant, des problèmes se posent au niveau des raccordements des différents tronçons de tuyaux entre eux et au niveau du raccordement des tuyaux avec des appareillages tels que des vannes, des filtres, des cuves ou analogues. L'assemblage traditionnellement utilisé par raccords à liaison mécanique engendre des discontinuités de surface interne susceptibles de créer des rétentions ou des changements brusques de section de passage qui s opposent à un nettoyage ou à une décontamination dans de bonnes conditions. Ce problème de discontinuité de surface interne se pose également lors d'assemblage d'éléments tubulaires par soudure au miroir, c'est-à-dire par application des deux pièces à raccorder sur une plaque chauffante, puis réunion des extrémités des pièces après enlèvement de la plaque. Il existe un procédé qui évite en partie la formation d'une telle discontinuité. Ce procédé consiste à introduire dans la jonction et avant soudure un "ballonnet" qui empêche toute bavure. Ce procédé a néanmoins comme inconvénients la mise et le retrait du ballonnet, ainsi que les éventuelles pollutions que peut apporter le ballonnet. La présente invention évite tous ces inconvénients. D autre part, il est connu de réaliser des assemblages mécaniques des pièces en matières plastiques. Pour de nombreux usages un tel assemblage s'avère être d'une solidité insuffisante. De plus, l'assemblage mécanique n'apporte pas des garanties suffisantes quant à l'étanchéité de la pièce obtenue. La formation d'interstices entre pièces assemblées engendre des discontinuités de surface interne susceptibles de créer des rétentions, notamment dans le cas de tuyauteries. Le procédé selon la présente invention comporte une première étape d'assemblage mécanique des pièces en matières plastiques. Cet assemblage permet un positionnement précis des pièces les unes par rapport aux autres. Il présente un coût de revient extrêmement faible. Ce positionnement précis permet, dans une seconde étape, d'effectuer la soudure de pièces fixées mécaniquement au préalable. Ainsi, la soudure bénéficie, d'une part de la précision des assemblages mécaniques des pièces en matières plastiques, et d'autre part de la solidité et de la "propreté" de l'assemblage par soudure. En effet, on obtient des pièces assemblées comportant une excellente résistance mécanique sans aucune bavure du joint au niveau de la jonction. Avantageusement, l'assemblage mécanique provoque un contact forcé des extrémités à souder des éléments en matières plastiques. La soudure n'en est que plus solide. De plus, les pièces assemblées mécaniquement constituent une pièce unique, même avant la soudure. Ainsi, elle ne nécessite pas de moyens de positionnement et de fixation des éléments à souder pendant l'opération de chauffage. Ainsi, on simplifie le procédé de soudure. Après assemblage mécanique et même avant la soudure, la pièce à souder est autoportante, au moins au niveau de cet assemblage mécanique. Les moyens d'assemblage mécaniques sont réalisés, soit par usinage, soit, avantageusement, par moulage. Avantageusement, le chauffage nécessaire à la soudure est procuré par des mâchoires chauffantes électriques. Avantageusement, les mâchoires chauffantes entourent, à jeu, l'endroit de la soudure. On a constaté que même en ménageant un jeu suffisant entre les éléments tubulaires à assembler et la douille ou mâchoires chauffantes, on provoque une dilatation libre des deux éléments tubulaires qui viennent s'appliquer l'un à l'autre sous pression et l'on constate après refroidissement que l'on a obtenu un assemblage présentant une bonne résistance mécanique sans aucune bavure du joint au niveau de la paroi intérieure des éléments tubulaires. Le jeu entre la douille ou mâchoires chauffantes et les éléments tubulaires à assembler et/ou le manchon entourant lesdits éléments tubulaires est avantageusement compris entre O et 0,8 mm suivant les diamètres. Il est connu que le polytétrafluoréthylène (PTFE) est un matériau non soudable. Ainsi, on a été amené à concevoir un polytétrafluoréthylène modifié soudable. L'efficacité du procédé selon la présente invention est telle qu'elle permet d'effectuer des soudures d'un élément réalisé en polytétrafluoréthylène non soudable avec un élément réalisé en polytétrafluoréthylène soudable. Ainsi, si on veut assurer la continuité de deux pièces réalisées en polytétrafluoréthylène non soudable, il est possible d'intercaler entre ces deux pièces, et d'assembler selon la présente invention, une pièce intermédiaire en matériau soudable. Comme matériaux convenant particulièrement bien à la mise en oeuvre de l'invention, on peut citer les poudres de PTFE ou de PTFE modifié pour permettre leur soudure par adjonction de polymères tels que le PFA, le FEP, le polyéthylène, ainsi que les résines telles que le polyéthylène à haut ou très haut poids moléculaire. L'invention a principalement pour objet un procédé d'assemblage des pièces en matériau plastique comportant une étape de soudure, caractérisé par le fait qu'il comporte les étapes - assemblage mécanique des pièces de façon à réaliser une pièce unique autoportante, au moins au niveau dudit assemblage mécanique, - chauffage pour obtenir une soudure, - refroidissement. L'invention a également pour objet un procédé, caractérisé par le fait que les pièces assemblées sont des éléments tubulaires. L'invention a également pour objet un procédé, caractérisé par le fait que l'étape d'assemblage mécanique provoque un contact forcé des extrémités à souder lors de l'étape de chauffage. La pression de contact pendant la soudure est non seulement due à l'assemblage mécanique mais aussi à la dilatation des matériaux, en particulier pour le PTFE, et les PTFE modifés. L'invention a également pour objet un procédé, caractérisé par le fait que la force de contact au niveau des surfaces à souder est comprise entre 0,1 et plusieurs daN. L'invention a également pour objet un procédé, caractérisé par le fait qu'une première des pièces assemblées comporte une lèvre et qu'une seconde pièce assemblée comporte une gorge blanche, 1 l'assemblage mécanique consistant en un encliquetage des pièces. L'invention a également pour objet un procédé, caractérisé par le fait que le chauffage est effectué avec des mâchoires chauffantes entourant à jeu les pièces à souder. L'invention a également pour objet un procédé, caractérisé par le fait que l'une au moins des pièces assemblées est un tube. L invention a également pour objet un procédé, caractérisé par le fait que l'une au moins des pièces assemblées est une pièce de sortie tubulaire d'un dispositif tel qu'un filtre, un raccord, un corps de vanne, une cuve, un té, un coude, ou similaire. L'invention a également pour objet une pièce réalisée en matériau plastique comportant au moins une extrémité tubulaire, caractérisée par le fait qu'elle comporte des moyens d'assemblage mécanique avec une seconde pièce pour la réalisation de la soudure précisent sans bourrelet desdites pièces. L'invention a également pour objet une pièce, caractérisée par le fait qu'elle est réalisée en polytétrafluorure d'éthylène (PTFE). L'invention a également pour objet une pièce, caractérisée par le fait qu'elle est réalisée dans un polytétrafluorure d'éthylène modifié. L'invention a également pour objet une pièce, caractérisée par le fait que le moyen d'assemblage mécanique comporte au moins une lèvre ou une gorge. L'invention sera mieux comprise au moyen de la description ci-après des figures annexées données comme des exemples non limitatifs parmi lesquels - la figure 1 est une vue en coupe illustrant un premier exemple de mise en oeuvre du procédé selon la présente invention pour soudure de deux tubes; - la figure 2 est une vue en coupe illustrant un second exemple de réalisation de mise en oeuvre du procédé selon la présente invention illustrant le raccordement d'un tube avec un raccord, un corps de vanne, une cuve, un té, ou un coude. Sur les figures 1 à 2 on a utilisé les mêmes références pour désigner les mêmes éléments. Sur la figure 1, on peut voir un premier tube 1, un second tube 2 qu'on désire pouvoir assembler. Les tubes I et 2 ont un axe commun 9. Dans la partie de la figure l, inférieure à l'axe 9, on a représenté le tube 12 résultant de l'assemblage des tubes l et 2. Les tubes I et 2 comportent des découpes permettant leur assemblage mécanique. Dans l'exemple illustré sur les figures, le tube 1 comporte un alésage 10 à l'intérieur duquel se trouve une lèvre 3; le tube 2 comporte une partie il destinée à pénétrer dans l'alésage 10 du tube 1. La partie il destinée à pénétrer dans l'alésage 10 du tube 1 comporte une gorge 4 destinée à recevoir la lèvre 3 après encliquetage. La fixation mécanique, par exemple l'encliquetage de la lèvre 3 dans la gorge 4, permet le maintien en place en conservant le positionnement relatif des tubes 1 et 2. Ce positionnement doit résister au moins pendant la durée de l'étape de soudure.L'étape de soudure est provoquée par l'échauffement des tubes 1 et 2 dû au chauffage par des mâchoires 7 et 8, avantageusement électrique. Avantageusement, l'assemblage mécanique permet de maintenir en contact forcé le fond 6 de l'alésage 10 du tube l avec l'extrémité 5 de la partie Il du tube 2. Ainsi, après interruption du chauffage et refroidissement à la température ambiante, on constate que la liaison entre les deux tubes présente une résistance mécanique du même ordre que celle des tubes assemblés, sans discontinuité au niveau de la paroi intérieure au niveau du joint. Dans l'exemple illustré sur la figure 1 le tube présente un diamètre extérieur de 10 mm et une épaisseur de paroi de 0,8 mm. Il est bien entendu que le procédé selon la présente invention n'est pas limité à l'assemblage de tubes. Sur la figure 2, on peut voir l'assemblage d'un tube 2 avec une pièce de sortie 13 d'un dispositif tel qu'un filtre, un raccord, un corps de vanne, une cuve, un té, ou un coude. La présente invention permet d'assembler des tuyaux ayant une section non circulaire, par exemple rectangulaire ou elliptique. De même, l'invention n'est pas limitée à l'assemblage de pièces creuses. Elle permet par exemple d'assembler des parallélépipèdes, des parallélépipèdes-rectangles, des cylindres, des calottes sphériques, des sphères, ou des pièces en matières plastiques de forme complexe. De même, l'assemblage mécanique n'est pas limité à l'encliquetage d'une gorge et d'une lèvre. On peut citer à titre d'exemples non limitatifs d'autres moyens d'assemblage comme par exemple le vissage, l'utilisation de tenons et mortaises, ou de queues-d'aronde. il est nécessaire que le moyen d'assemblage mécanique résiste pendant la phase de soudage, adapté au matériau plastique utilisé. Il est avantageux que des moyens d'assemblage mécaniques puissent maintenir en contact forcé les pièces assemblées avec une force comprise entre 0,1 et plusieurs daN, pour l'assemblage de tubes en PTFE modifié. L'assemblage mécanique peut être complété ou remplacé, sans sortir du cadre de la présente invention, par un autre type de fixation provisoire, par exemple un collage. Sur la figure 2, on a illustré le cas où les mâchoires 7 et 8 présentent un jeu typiquement de 0,4 mm autour des pièces 1 et 2 à souder. Dans un exemple on a réalisé par extrusion deux tubes en PTFE modifié à partir d'une poudre constituée d'un comonomère obtenu par polymérisation en émulsion et contenant entre 80 et 99 % de PTFE (vendus par la Société Du Pont de Nemours par exemple sous la marque Teflon 62). On porte les mâchoires 7 et 8 à une température de 4000C pendant un temps de 10 à 20 minutes suivant les diamètres. Dans un deuxième exemple, on réalise deux tubes par extrusion d'une poudre constituée d'un comonomère obtenu par polymérisation en suspension et contenant entre 80 et 99 % de PTFE (vendus par la société Hoechst par exemple sous la marque et référence HOSTAFLON 1702-1632). Après une période chauffage de 20 minutes à une température de 4000C on laisse refroidir l'ensemble. Le procédé selon la présente invention s'adapte à tous les matériaux plastiques soudables. De façon surprenante, principalement dans le cas où l'assemblage mécanique maintient un contact forcé entre parois à assembler, le procédé selon la présente invention permet de souder des matériaux plastiques non soudables ou non soudables entre eux. Le choix de matériaux plastiques consistera par exemple en une première étape de choix d'un ou de deux matériaux plastiques désirés, et en une seconde étape d'essais d'assemblages selon la présente invention. L'assemblage de tous matériaux plastiques donnant satisfaction ne sort pas du cadre de la présente invention. L'invention s'applique notamment à l'assemblage de pièces en matériaux plastiques. L'invention s'applique principalement à l'assemblage des tubes ou corps tubulaires en résines fluorées pour réaliser des circuits de fluide ultra propres. REVENDICATIONS 1. Procédé d'assemblage des pièces (1,2) en matériau plastique comportant une étape de soudure, caractérisé par le fait qu'il comporte les étapes - assemblage mécanique des pièces (1,2) de façon à réaliser une pièce unique autoportante (12), au moins au niveau dudit assemblage mécanique, - chauffage pour obtenir une soudure, - refroidissement. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les pièces assemblées (1,2,12) sont des éléments tubulaires. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'étape d'assemblage mécanique provoque un contact forcé des extrémités (5,6) à souder lors de l'étape de chauffage. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la force de contact au niveau des surfaces à souder est comprise entre 0,1 et plusieurs daN, suivant les diamètres. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'une première des pièces assemblées (1) comporte une lèvre (3) et que la seconde pièce assemblée (2) comporte une gorge blanche (4), l'assemblage mécanique consistant en un encliquetage des pièces (1) et (2). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le chauffage est effectué avec des mâchoires chauffantes (7,8) entourant à jeu les pièces à souder (1,2). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'une au moins des pièces (1,2) assemblées est un tube. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'une au moins des pièces assemblées (1,2) est une pièce de sortie tubulaire d'un dispositif tel qu'un filtre, un raccord, un corps de vanne, une cuve, un té, ou un coude. 9. Pièce (1,2) réalisée en matériau plastique comportant au moins une extrémité tubulaire, caractérisées par le fait qu'elles comportent des moyens (3,4) d'assemblage mécanique avec une autre pièce (2,1) pour la réalisation de la soudure précise et sans bourrelet desdites pièces (1,2). 10. Pièce selon la revendication 9, caractérisée par le fait qu'elle est réalisée en polytétrafluorure d'éthylène (PTFE). 11. Pièce selon la revendication 10, caractérisée par le fait qu'elle est réalisée dans un polytétrafluorure d'éthylène modifié. 12. Pièce selon la revendication 9, 10 ou 11, caractérisée par le fait que le moyen d'assemblage mécanique comporte au moins une lèvre (3) ou une gorge (4).