Brevet FR2794516A1 — publié le 20001208

DESCRIPTION La présente invention se rapporte à un tuyau à couches multiples destiné à des systèmes de manipulation de fluides et de vapeurs. Plus particulièrement, elle se rapporte à un tuyau souple à couches multiples renforcé de faible coût et de performances élevées destiné à une utilisation dans des systèmes de canalisations de frein et de carburant lesquels présentent une résistance mécanique et une résistance à l'éclatement élevées ainsi qu'une faible perméation. Les ensembles de tuyaux destinés au transport de liquides et de vapeurs sont bien connus dans la technique. Dans les applications de canalisations de carburant, les ensembles de tuyaux sont exposés à une diversité de conditions nocives et dangereuses. Le tuyau est en contact presque permanent avec du carburant et d'autres fluides et additifs automobiles. De même, il existe des facteurs externes se rapportant à l'environnement tels qu'un choc de pierre et des milieux corrosifs (tels que du sel) à prendre en compte. En outre, les températures de moteur s'élèvent souvent à des niveaux extrêmement élevés, et dans des climats froids, il existe également une exposition à des températures extrêmement basses. Cette abondance de considérations a conduit à concevoir des ensembles de tuyaux comportant des couches multiples. Les matériaux de chaque couche présentent des propriétés spécifiques, et de préférence complémentaires. Les couches internes du tuyau, sont conçues par exemple de façon caractéristique pour être résistantes à la perméation par les liquides et les gaz, tandis que les couches extérieures possèdent une résistance mécanique et une résistance aux chocs. La technique connue comprend de nombreux exemples d'ensembles de tuyaux à couches multiples. Le brevet des Etats-Unis N 3 561 493 de Maillard décrit un ensemble de tuyau comportant deux couches coextrudées de matières plastiques différentes, et une couche coextrudée d'adhésif entre celles-ci. Les couches sont choisies à partir de matières plastiques présentant des propriétés complémentaires. Le brevet des Etats-Unis No 4 643 927 de Luecke et al. décrit un ensemble de tuyau comportant une couche de barrage centrale de poly(chlorure de vinylidène) qui est relativement imperméable aux gaz. La couche de barrage est entourée par des couches adhésives intérieure et extérieure lesquelles à leur tour sont entourées par des couches de surface intérieure et extérieure de polyéthylène qui protègent la couche de barrage centrale d'une dégradation. Le brevet des Etats-Unis N 4 887 647 de Igarishi et al. présente un ensemble de tuyau à couches multiples comportant une couche de caoutchouc fluoré intérieure qui empêche une dégradation due à des additifs de type amine et présente également une adhérence améliorée sur une couche de caoutchouc extérieure. Le brevet des Etats- Unis N 5 038 833 de Brunnhofer décrit un ensemble de tuyau comportant une couche extérieure protectrice de polyamide, une couche intermédiaire de barrage aux alcools en alcool polyvinylique, et une couche intérieure de barrage à l'eau en polyamide. Le brevet des Etats- Unis N 5 076 329 de Brunnhofer présente un ensemble de tuyau à cinq couches comportant des couches extérieure, intérieure et intermédiaire de nylon, et des couches intermédiaires de liaison et de blocage de solvants. Une autre exigence pour les canalisations de carburant est la prévision de la décharge de l'électricité statique interne. Une charge électrique accumulée, non dissipée peut finalement provoquer une rupture dans une canalisation de carburant. Les brevets des Etats-Unis N s 3 166 688 de Rowand et al. et 3 473 087 de Slade décrivent des ensembles de tuyaux en polytétrafluoroéthylène (PTFE) comportant des couches intérieures électriquement conductrices afin de faciliter la dissipation de l'énergie électrique statique. Les développements plus récents de la conception des tuyaux à couches multiples ont été motivés par les réglementations gouvernementales limitant les émissions admissibles d'hydrocarbures. Il est connu que les fluoropolymères présentent une bonne résistance à la perméation vis-à-vis des carburants d'hydrocarbures. Pour cette raison, les ensembles de tuyaux à couches multiples récents comprennent habituellement au moins une couche de fluoropolymère résistant à la perméation. Des difficultés ont été rencontrées, cependant, pour trouver une conception commercialement viable. Les ensembles de tuyaux à couches multiples utilisant des fluoropolymères ont tendance à être rigides et peu souples, en particulier aux faibles températures. Les fluoropolymères présentant des propriétés mécaniques fortes ne se lient habituellement pas bien avec d'autres composés qui ne sont pas des fluoropolymères. A l'inverse, les fluoropolymères présentant une bonne aptitude à la liaison (poly(fluorure de vinylidène) (PVDF), en particulier) ont tendance à être mécaniquement faibles. Le brevet des Etats-Unis N 5 383 087 de Noone et al. est un exemple récent. Il comprend une couche extérieure de polyamide résistante aux impacts, une couche intermédiaire de liaison, une couche intérieure de PVDF résistante à la perméation, et une couche la plus intérieure de PVDF conductrice destinée à la dissipation de la charge électrostatique. Toutes les couches sont coextrudées. La couche conductrice la plus intérieure présente une capacité exceptionnelle de dissipation électrostatique dans la plage de 10-4 à 10-9 ohm/cm2. Les matériaux possédant une telle conductivité extrêmement élevée, cependant, sont de façon caractéristique des matériaux métalliques ou des matières plastiques fragiles. Par conséquent, ils sont difficiles à extruder et présentent également de médiocres propriétés mécaniques. En outre, la plupart des fluoropolymères décrits dans le brevet 5 383 087 se lient de façon médiocre avec des polymères différents. Le problème de liaison des fluoropolymères est traité dans le brevet des Etats-Unis N 5 419 374 de Nawrot et al. Nawrot et al. décrivent un ensemble de tuyau coextrudé à couches multiples comportant une couche extérieure de polyamide 12, une couche intérieure de PVDF, et une couche intermédiaire de liaison par adhérence (un mélange de polyuréthane et de copolymère éthylène/acétate de vinyle). Bien que, comme décrit ci-dessus, le PVDF présente une meilleure adhérence sur la couche de polyamide, un tuyau à couches multiples de PVDF souffre d'une médiocre résistance aux impacts à froid. Ceci est dû au fait que le PVDF devient fragile aux basses températures. D'autres fluoropolymères à hautes performances, tels que l'éthylènetétrafluoroéthylène (ETFE), présentent une meilleure résistance aux impacts à froid, mais à nouveau, ont rencontré des problèmes de liaison. Une approche de la technique a été de prétraiter la surface d'ETFE en utilisant des procédés tels qu'une gravure chimique, une décharge de plasma ou une décharge par effet corona. La publication de demande de brevet européen n 0 551 094, par exemple, décrit un ensemble de tuyau à couches multiples dans lequel une couche intérieure d'ETFE est traitée par décharge par effet corona afin d'améliorer la liaison sur une couche extérieure de polyamide. De façon similaire, la demande internationale selon le PCT WO 95/23 036 traite une couche intérieure d'ETFE par une décharge de plasma afin d'obtenir une meilleure liaison avec une couche extérieure d'élastomère thermodurcissable. Dans le même esprit, le brevet des Etats- Unis N 5 170 011 grave une couche intérieure de fluorocarbone afin de favoriser une meilleure liaison avec une couche extérieure de polyamide. Ces approches ont aussi leurs problèmes. Les procédés de prétraitement tels qu'une décharge par effet corona et une décharge de plasma sont onéreux et peuvent être dangereux pour l'environnement. En outre, dans de nombreux cas (par exemple dans le traitement par effet corona), seule une liaison temporaire est obtenue et une délamination peut se produire avec le vieillissement. Une autre approche a été d'utiliser des ensembles de tuyaux à couches multiples comportant des couches de fluoroélastomère résistantes à la perméation et des couches de protection qui ne sont pas en fluoroélastomère. Les brevets des Etats-Unis 4 842 024, 4 905 736, 5 093 166 et 5 346 681 sont des exemples. Plus récemment, des matières plastiques fluorées ont été utilisées en tant que couche résistante à la perméation en même temps que des composés qui ne sont pas des fluoroélastomères ou des élastomères thermoplastiques de polyoléfine en tant que couche de protection. Ces approches, cependant, nécessitent un traitement d'extrusion à tête d'équerre en deux étapes et peuvent également nécessiter un traitement de vulcanisation. De tels traitements sont onéreux et lents, et la résistance mécanique ainsi que la résistance aux impacts à froid du tuyau résultant sont médiocres. Souvent, il y a également besoin d'une couche de renforcement dans le tuyau. La technique comprend de nombreux exemples de tuyaux à couches multiples qui comprennent une ou des couches de renforcement. Les brevets des Etats-Unis 4 196 464, 4 330 017 et 4 759 338 décrivent des tuyaux souples renforcés qui comprennent un tressage de fibres ou un enroulement de filaments entre des couches d'élastomère. Les procédés de tressage de fibres et/ou d'enroulement de filaments utilisés pour fabriquer ces tuyaux sont lents et onéreux. De même, l'utilisation d'élastomères entraîne un traitement de vulcanisation prenant du temps, mené à des températures élevées, ce qui peut être dangereux pour l'environnement. Les brevets des Etats-Unis 5 142 782, 5 142 878 et 5 170 011 décrivent des tuyaux renforcés qui comprennent une couche de tressage de fibre de verre sur une couche de matière plastique fluorée telle que du PTFE (polytétrafluoroéthylène). Les procédés impliqués dans la fabrication de ces tuyaux sont également onéreux et longs, impliquant de façon caractéristique les étapes multiples consistant à: (1) fritter et extruder une couche intérieure du tuyau en PTFE, (2) appliquer une couche de fibre de verre renforcée tressée sur la couche intérieure, (3) disperser une résine de PTFE et un fluide porteur dans la couche de renfort, et (4) fritter le tuyau assemblé. La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un tuyau souple renforcé à couches multiples comprenant les étapes suivantes: (a) réaliser une couche intérieure de matière plastique fluorée, et (b) enrouler une couche de ruban de tissu et extruder simultanément une couche de protection autour de ladite couche intérieure. La présente invention a également pour objet un tuyau destiné à des systèmes de manipulation de fluides comprenant: - une couche intérieure de matière plastique fluorée, une couche de renforcement de ruban de tissu enroulée autour de ladite couche intérieure, et une couche de protection de polymère à phases multiples. La présente invention réalise avantageusement un tuyau souple à couches multiples renforcé de faible coût et à hautes performances fabriqué en enroulant un ruban de tissu et en extrudant simultanément une couche de protection faite d'un polymère à phases multiples autour d'une couche intérieure de matière plastique fluorée. Le tuyau résultant présente une résistance mécanique et une résistance à l'éclatement renforcées ainsi qu'une faible perméation. Un premier mode de réalisation de la présente invention est un ensemble de tuyau à quatre couches destiné à une utilisation dans des applications de canalisations de carburant liquide. Il comprend une couche extrudée de matière plastique fluorée semiconductrice la plus intérieure. La matière plastique fluorée est rendue semiconductrice en la mélangeant avec 1 % à 10 % en poids de noir de carbone conducteur. Des charges métalliques conductrices telles que l'argent, le cuivre ou l'acier peuvent également être utilisées. Elle présente une résistance de surface dans la plage d'environ 101 à 106 ohms/carré, avec une plage préférentielle de 102 à ohms/carré. Des matières plastiques fluorées appropriées comprennent l'ETFE (éthylène-tétrafluoroéthylène), le THV (un terpolymère de tétrafluoroéthylène, d'hexafluoropropylène et de fluorure de vinylidène), le PVDF (poly(fluorure de vinylidène)) ou des mélanges de ces matières plastiques fluorées. Une couche intérieure de matière plastique fluorée résistante à la perméation, pouvant être coextrudée à des températures au-dessous de 315,5 C (600 F) coextrudée avec la couche la plus intérieure semiconductrice et entoure celle-ci. L'importance de cette couche qui peut / être extrudée à des températures au-dessous de 315,5 C (600 F) réside dans le fait que les quelques matériaux contenus dans les couches de protection et/ou extérieure, tels que des polyamides, peuvent être extrudés à des températures au-dessous de 315,5 C (600 F). Des températures au-dessus de 315,5 C (600 F) peuvent liquéfier des matières telles que des polyamides et les rendre impropres à une extrusion. Les matières plastiques fluorées convenant à la couche résistante à la perméation sont les mêmes que les matières plastiques fluorées identifiées comme convenant pour la couche semiconductrice. Une couche adhésive est coextrudée autour de la couche intérieure résistante à la perméation. L'adhésif est un mélange ou un alliage de polymères qui présente une morphologie à phases multiples dans laquelle une première phase est compatible ou miscible avec la matière plastique fluorée utilisée dans les couches intérieures du tuyau, et une autre phase est compatible ou miscible avec le polymère à phases multiples semblable à un caoutchouc utilisé dans la couche de protection. Le développement de la morphologie et les mécanismes de la séparation de phase dans les alliages et les mélanges de polymères sont connus et sont décrits dans la publication de la technique antérieure de l'inventeur, "Morphology and Property Control via Phase Separation or Phase Dissolution during Cure in Multiphase Systems", Advances in Polymer Technology, volume 10, N 3, pages 185 à 203 (1990). L'utilisation de mélanges et d'alliages de polymères présentant une morphologie à phases multiples est également décrite dans les publications de la technique antérieure de l'inventeur, H. S. -Y. Hsich, comptes-rendus du 34éme Symposium SAMPE international, 884 (1989), H. S. -Y. Hsich, J. Mater. Sci., 25, 1568 (1990), H. S. -Y. Hsich, Polym. Eng. Sci., 30, 493 (1990). Une couche souple de protection de polymère à phases multiples semblable à un caoutchouc est coextrudée autour de la couche adhésive. Le polymère à phases multiples présente au moins deux températures de transition vitreuse auxquelles la morphologie et la propriété de ces phases peuvent être manipulées par un traitement thermodynamique afin de créer la caractéristique souhaitée d'amortissement. Ce concept de commande de la morphologie par l'intermédiaire d'un traitement thermodynamique en vue de créer la caractéristique souhaitée d'amortissement est également décrit dans les publications de la technique antérieure de l'inventeur citées ci-dessus. Des polymères à phases multiples appropriés comprennent des mélanges ou des alliages de polymères de polyamides, polyesters, polyuréthane et polyoléfines métallocènes. Ces polymères sont semblables à un caoutchouc et présentent des duretés dans la plage de 50 à 98 Shore A et des résistances à la traction dans la plage de 3 000 à 6 000 psi (livres par pouce carré) (20 à 40 MPa). Il n'y a aucune exigence de vulcanisation. Un second mode de réalisation de la présente invention est un ensemble de tuyau à trois couches destiné à une utilisation dans des applications de canalisations de carburant liquide. Il comprend une couche intérieure de matière plastique fluorée semiconductrice et résistante à la perméation extrudée. La matière plastique fluorée est rendue semiconductrice en la mélangeant avec 1 % à 10 % en poids de noir de carbone conducteur. Elle présente une résistivité de surface dans la plage d'environ 102 à 106 ohms/carré, avec une plage préférentielle de 103 à 105 ohms/carré. La matière plastique fluorée peut subir une extrusion à des températures au-dessous de 315,5 C (600 F). Les matières plastiques fluorées appropriées sont les mêmes que les matières plastiques fluorées identifiées comme convenant dans le premier mode de réalisation. Une couche adhésive est coextrudée autour de la couche Xi intérieure résistante à la perméation. L'adhésif, comme dans le premier mode de réalisation, est un mélange ou un alliage de polymères qui présente une morphologie à phases multiples dans laquelle une première phase est compatible ou miscible avec la matière plastique fluorée utilisée, et une autre phase est compatible ou miscible avec le polymère à phases multiples semblable à un caoutchouc utilisé. Une couche de protection de polymère à phases multiples semblable à un caoutchouc est coextrudée autour de la couche adhésive. Les polymères à phases multiples appropriés sont les mêmes que ceux identifiés comme convenant pour le premier mode de réalisation. Un troisième mode de réalisation de la présente invention est un ensemble de tuyau à trois couches destiné à une utilisation dans des applications de canalisations de carburant en phase vapeur. Il comprend une couche intérieure de matière plastique fluorée résistante à la perméation extrudée. La matière plastique fluorée peut être extrudée à des températures au-dessous de 315,5 C (600 F), Les matières plastiques fluorées appropriées sont les mêmes que celles identifiées ci-dessus. Une couche adhésive est coextrudée autour de la couche intérieure résistante à la perméation. L'adhésif, comme dans les premier et second modes de réalisation, est un mélange ou un alliage de polymères qui présente une morphologie à phases multiples, dans laquelle une première phase est compatible ou miscible avec la matière plastique fluorée et une autre phase est compatible ou miscible avec un polymère à phases multiples semblable à un caoutchouc. Une couche de protection de polymère à phases multiples semblable à un caoutchouc est coextrudée autour de la couche adhésive. Les polymères à phases multiples appropriés sont les mêmes que ceux identifiés ci-dessus. Un quatrième mode de réalisation de la présente invention est un ensemble de tuyau à quatre couches destiné / à une utilisation dans des applications de canalisations de carburant en phase vapeur. Le quatrième mode de réalisation est le même que le troisième mode de réalisation mais comprend une couche supplémentaire de matière plastique la plus extérieure. Les matières plastiques appropriées pour cette couche la plus extérieure comprennent des polyamides et des polyesters. Le cinquième mode de réalisation de la présente invention comprend un tuyau souple renforcé comprenant une couche intérieure, une couche de renforcement de ruban de tissu et une couche de protection. Les matières plastiques fluorées appropriées pour la couche intérieure comprennent le PTFE (polytétrafluoroéthylène), le PFA (résine fluorocarbonée de perfluoroalcoxy), l'ETFE (éthylène- tétrafluoroéthylène), le THV (un terpolymère de tétrafluoroéthylène, d'hexafluoropropylène et de fluorure de vinylidène), le PVDF (poly(fluorure de vinylidène)) ou des mélanges de ces matière plastiques fluorées. La couche de protection peut être constituée du même matériau que la couche intérieure (semblable à une matière plastique), ou bien elle peut être constituée de polymères à phases multiples semblables à un caoutchouc. Les polymères à phases multiples semblables à un caoutchouc destinés à former la couche extérieure présentent les mêmes caractéristiques que ceux identifiés dans le premier mode de réalisation. Les polymères à phases multiples appropriés comprennent des mélanges/alliages de polymères ou des copolymères de polyamides, polyesters ou polyoléfines métallocènes ou d'un polymère choisi dans le groupe formé de polyamides, de polyesters et de polyoléfines métallocènes. Ces polymères sont semblables à un caoutchouc et présentent une dureté dans la plage de 50 à 98 Shore A et des résistances à la traction dans la plage de 1 500 à 8 000 psi (15 à 55 MPa ou 10,34 à 55,16 bars). Il n'y a aucune exigence de vulcanisation. Une couche de ruban de tissu de renforcement est enroulée ou disposée entre la couche intérieure et la couche de protection. Le tuyau est fabriqué en enroulant le ruban de tissu de renforcement et en extrudant simultanément la couche de protection autour de la couche intérieure de matière plastique fluorée du tuyau. Les étapes de traitement de la technique antérieure onéreuses et prenant du temps telles qu'un tressage, une dispersion de liants ou d'adhésif, un frittage ou une vulcanisation ne sont pas nécessaires. Diverses caractéristiques de la présente invention ont été décrites en faisant référence à trois modes de réalisation. Il sera compris que des modifications peuvent être apportées sans s'écarter de l'esprit et de la portée de l'invention telle qu'elle est représentée par les revendications suivantes. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un tuyau souple renforcé à couches multiples comprenant les étapes suivantes: (a) réaliser une couche intérieure de matière plastique fluorée, et (b) enrouler une couche de ruban de tissu et extruder simultanément une couche de protection autour de ladite couche intérieure. 2. Procédé de fabrication d'un tuyau selon la revendication 1, dans lequel ladite matière plastique fluorée de ladite couche intérieure est choisie parmi un groupe constitué de polytétrafluoroéthylène, de résine fluorocarbonée de perfluoroalcoxy, d'éthylène- tétrafluoroéthylène, de terpolymères de tétrafluoroéthylène, d'hexafluoropropylène et de fluorure de vinylidène et de poly(fluorure de vinylidène). 3. Procédé de fabrication d'un tuyau selon la revendication 1, dans lequel ladite couche de protection est un polymère à phases multiples. 4. Procédé de fabrication d'un tuyau selon la revendication 3, dans lequel ledit polymère à phases multiples est choisi parmi un groupe constitué de polyamides, de polyesters, de polyoléfines métallocènes ou encore de mélanges ou alliage de tels polymères. 5. Procédé de fabrication d'un tuyau selon la revendication 3, dans lequel ledit polymère à phases multiples présente une dureté dans une plage de 50 à 98 Shore A et une résistance à la traction dans une plage de ,34 à 55,16 bars. 6. Procédé de fabrication d'un tuyau selon la revendication 1, dans lequel ladite couche intérieure et ladite couche de protection sont faites du même matériau. 7. Tuyau destiné à des systèmes de manipulation de fluides comprenant: une couche intérieure de matière plastique fluorée, une couche de renforcement de ruban de tissu enroulée autour de ladite couche intérieure, et une couche de protection de polymère à phases multiples. 8. Tuyau selon la revendication 7, dans lequel ladite matière plastique fluorée de ladite couche intérieure est choisie parmi un groupe constitué de polytétrafluoroéthylène, de résine fluorocarbonée de perfluoroalcoxy, d'éthylène-tétrafluoroéthylène, de terpolymères de tétrafluoroéthylène, d'hexafluoropropylène et de fluorure de vinylidène et poly(fluorure de vinylidène). 9. Tuyau selon la revendication 7, dans lequel ledit polymère à phases multiples est constitué d'un mélange de polymères choisis parmi un groupe constitué de polyamides, polyesters et polyoléfines métallocènes. 10. Tuyau selon la revendication 7, dans lequel ledit polymère à phases multiples présente une dureté dans une plage de 50 à 98 Shore A et une résistance à la traction dans une plage de 10,34 à 55,16 bars.