Brevet FR2816388A1 — publié le 20020510

La présente invention concerne un produit tubulaire allongé, présentant de manière générale la même section selon toute sa direction longitudinale, et comprenant un tube solide, constitué par au moins une matière plastique, à la fois suffisamment souple pour être enroulé et déroulé, et suffisamment rigide pour résister par lui-même à un effort radial centripète ou centrifuge. Par la définition générique précédente, la présente invention entend regrouper sous un même concept, par exemple aussi bien un conduit d'installation, d'au moins un câble ou un tuyau, ensuite contenu dans ledit conduit d'installation, qu'une gaine de protection d'au moins un câble, par exemple électrique. Par ailleurs, par les expressions"câble"ou"tuyau", la présente invention entend couvrir tout conduit assurant de manière générale le transfert ou le transport d'un flux, qu'il s'agisse d'un fluide (eau ou gaz par exemple), d'une énergie (électricité par exemple), ou encore d'informations ou signaux (vidéo-transmission par câble optique par exemple), ou de données sous forme de signaux électriques, analogiques, numériques, etc... Pour introduire et définir la présente invention, on se référera maintenant, à titre d'exemple, aux conduits d'installation, et/ou aux câbles ou tuyaux installés dans lesdits conduits. De manière à limiter les travaux de génie civil, et en particulier le nombre de chambres de tirage, il est connu de lubrifier la surface de frottement, correspondant à la surface intérieure du tube solide formant le conduit d'installation, et fou la surface extérieure de la gaine de protection, des câbles installés par exemple. Ceci permet en effet d'augmenter la longueur du ou des câbles pouvant être installés. Cette lubrification est apportée en général dans une couche superficielle, du côté intérieur et/ou du côté extérieur du tube, dont la surface libre constitue une surface de frottement. Différentes solutions ont été proposées à cette fin. Conformément au document WO 98/42052, on a décrit et proposé un produit tubulaire allongé, présentant la même section selon toute sa direction longitudinale, comprenant un tube solide constitué par au moins une matière plastique, à la fois suffisamment souple pour être enroulé et déroulé, et suffisamment rigide pour résister à un effort radial centripète ou centrifuge, ledit tube solide comportant, du côté intérieur et/ou du côté extérieur, une couche superficielle dont la surface libre constitue une surface de frottement et comportant une matrice plastique dans laquelle sont distribués ou dispersés, d'une part une phase solide articulaire lubrifiante, affleurant au moins pour partie au niveau de la surface libre de la couche superficielle, et d'autre part une phase liquide lubrifiante, compatible avec la matrice plastique. La présente invention a pour objet un produit tubulaire allongé, avec une lubrification permanente de la ou des surfaces de frottement du tube solide, diminuant de manière encore plus significative les frottements. Selon la présente invention, on a découvert que le coefficient de frottement, au niveau de la surface libre de la couche superficielle précédemment définie, pouvait être diminué dans des proportions encore plus importantes, en choisissant une phase solide articulaire lubrifiante composite, comprenant, d'une part un noir de carbone, et d'au part un matériau plastique lubrifiant dont le coefficient de frottement par rapport à lui-même est au plus égal à 0, 1. Par'noir de carbone", on entend toute forme amorphe de l'élément carbone, à l'état pulvérulent, susceptible d'être obtenue par exemple par combustion d'un hydrocarbure avec un défaut stoechiometrique d'oxygène. Selon la présente invention, la phase solide lubrifiante est, soit sous forme de particules composites constituées individuellement par un mélange d'au moins le matériau plastique lubrifiant et le noir de carbone, soit sous forme d'un mélange de particules respectivement du noir de carbone et du matériau plastique lubrifiant, lesdites particules, dans les deux cas, étant distribuées de manière homogène dans la couche superficielle et affleurant au niveau de la surface libre de cette dernière. Selon la présente invention, de manière préférentielle : - le matériau plastique lubrifiant est le polytétrafluoroéthylène (PTFE) ; - et/ou le noir de carbone de la phase solide lubrifiante est sous forme articulaire et distribué dans la matrice plastique de la couche superficielle du tube solide ; - et/ou le matériau plastique lubrifiant est sous forme articulaire et distribué dans la matrice plastique de la couche superficielle du tube solide. Bien entendu, il est connu de charger la matière plastique du tube solide avec du noir de carbone pulvérulent. Mais tel n'est pas le propos de la présente invention. Selon la présente invention, il existe dans la matière plastique du tube solide une couche superficielle telle que précédemment définie, incorporant une phase solide lubrifiante, laquelle comporte du noir de carbone pulvérulent, lequel peut être, le cas échéant, le même que le ou différent du, par exemple par la taille des particules, noir de carbone dispersé et incorporé à titre de charge par le reste de la matière plastique dudit tube. Préférentiellement, les particules de noir de carbone ont un diamètre au plus égal à 500 nm, et préférentiellement compris entre 10 nm et 100 nm. Préférentiellement, le matériau plastique lubrifiant est un polytetrafluoroéthylène (PTFE). En pareil cas, la proportion pondérale du noir de carbone de la phase solide lubrifiante par rapport au PTFE est d'au moins 10 %, préférentiellement comprise entre 20 et 40 %, et par exemple comprise entre 10 et 30 %.. Grâce à l'invention, avec la procédure d'essai décrite ci-après, pour un produit tubulaire allongé consistant en un conduit d'installation en polyéthylène haute densité (PEHD), toutes choses égales par ailleurs : - alors que le coefficient de frottement, au niveau de la surface libre intérieure dudit conduit, est de 0,09, avec une phase lubrifiante liquide consistant en une huile de silicone ayant une viscosité de 100 centistokes, et dont la densité surfacique est de 2. 10-4 g/cm2, et avec une phase solide lubrifiante consistant uniquement en des particules de PTFE ayant une granulométrie de 3, um à 40 pm, à proportion de 10 % en poids du PEHD du conduit d'installation ; - le coefficient de frottement se trouve abaissé à une valeur de 0,036, soit de 60 %, en mélangeant à la phase solide lubrifiante, du noir de carbone à l'état pulvérulent, avec une granulométrie de 80 nm, dans une proportion pondérale de 30 % par rapport au poids de PTFE ; Selon la présente, invention, un conduit d'installation est en quelque sorte universel, en ce sens qu'il est compatible, sans autre modification, avec toutes les techniques actuelles d'installation, qu'il s'agisse des techniques de tirage, par exemple avec une câblette, ou des techniques de soufflage, par exemple avec un furet, ou par soufflage-poussage. Le noir de carbone étant conducteur de l'électricité, le système lubrifiant selon l'invention permet d'éliminer, au moins pour partie, les charges statiques générées par le frottement entre le conduit et le câble, lors de l'installation de ce dernier. La présente invention présente encore les caractéristiques secondaires suivantes : - les particules du matériau plastique lubrifiant, PTFE par exemple, sont des microbilles ayant un diamètre au plus égal à 20 pm, et de préférence compris entre 1 et 15 pm ; - la phase lubrifiante liquide est préférentiellement mais non exclusivement un silicone ; il a une viscosité au plus égale à 1000 centistokes, à température ambiante, et par exemple comprise entre 10 et 1000 centistockes ; - dans le cas où la phase liquide lubrifiante mouille un peu la surface libre de la couche superficielle, l'épaisseur du film de phase liquide lubrifiante sur ladite surface libre n'excède pas 1 jim ; - la phase lubrifiante solide constitue une charge distribuée selon le cas, lorsque par exemple le tube est constitué par la seule matrice plastique, ou dans toute la matrice plastique, ou uniquement dans la couche limite, extérieure ou intérieure, constituant la couche superficielle ; - la phase lubrifiante liquide est dispersée dans, ou imprègne selon le cas, par exemple lorsque le tube est constitué par la seule matrice plastique, ou toute la matrice plastique, ou uniquement la couche limite, extérieure ou intérieure, constituant la couche superficielle ; - la couche superficielle est irrégulière en suivant le pourtour du tube solide, et correspond par exemple à des nervures ou rainures longitudinales ; mais cette même couche superficielle peut être continue, en suivant le pourtour du tube solide. Préférentiellement, c'est le tube solide qui est constitué par la seule matrice plastique, et donc par la matière plastique telle que PEHD, dont une couche limite, intérieure ou extérieure, constitue la couche superficielle précitée, et dans laquelle, d'une part sont distribuées des particules de la phase lubrifiante solide composite, affleurant pour partie au niveau d'au moins une surface libre, intérieure ou extérieure, et constituant une surface de frottement à sec, et d'autre part est diffusée la phase lubrifiante liquide, au moins pour partie dans la couche superficielle, pratiquement sans mouiller, ni la surface extérieure, ni la surface intérieure de cette même matrice. Selon cette solution préférée, la phase solide lubrifiante constitue une charge, dont la proportion pondérale est au moins égale à 0,01 % de la matière plastique, notamment comprise entre 0,005 % en poids et 0,05 % en poids de cette même matière plastique du tube solide. Toujours selon cette même solution préférée, la matrice comporte, à l'état diffusé ou imprégné, une phase liquide lubrifiante, sa proportion étant au moins égale à 0,05 % en poids de la matière plastique, et notamment comprise entre 0,02 % en poids et 0,2 % en poids de la matière plastique du tube solide. Dans ce cas, à titre d'exemple, la proportion pondérale de la phase lubrifiante solide/phase lubrifiante liquide est au plus égale à 5 %. Préférentiellement, selon la présente invention, les particules de la phase solide lubrifiante et/ou la phase liquide lubrifiante dispersée sont contenues uniquement dans la couche superficielle du tube solide. Préférentiellement : - la proportion pondérale du noir de carbone de la phase solide lubrifiante, par rapport au matériau plastique lubrifiant, PTFE par exemple, est d'au moins 10 %, et préférentiellement comprise entre 20 et 40 % ; - les particules de noir de carbone de la phase solide lubrifiante ont un diamètre au plus égal à 500 nm, et préférentiellement compris entre 10 nm et 100 nm. La présente invention est maintenant décrite par référence au dessin annexé, dans lequel : - la figure 1 représente de manière schématique, et à titre d'exemple, en coupe axiale un conduit d'installation conforme à l'invention ; - la figure 2 représente en coupe axiale une gaine de protection de câble conforme à l'invention ; - la figure 3 représente en coupe transversale un conduit d'installation conforme à l'invention, mais selon un autre mode d'exécution de cette dernière ; - la figure 4 représente schématiquement le dispositif utilisé pour mesurer le coefficient de frottement de la surface libre intérieure d'un conduit d'installation selon la présente invention. Conformément à la figure 1, un conduit d'installation est constitué par un tube solide ou rigide 1, en matière plastique chargée (polyéthylène haute densité), à la fois suffisamment souple pour être enroulé et déroulé, et suffisamment rigide pour résister lui-même à un effort radial centripète ou centrifuge. Ce tube solide comporte une surface de frottement à sec, correspondant à sa surface intérieure 2. Conformément à la présente invention, dans le tube solide 1, on peut distinguer une couche superficielle 3 au moins, dont la surface libre constitue la surface de frottement à sec (surface intérieure 2). Cette couche superficielle comporte une matrice plastique, correspondant à celle du tube solide. Dans cette couche superficielle, sont distribuées des particules 4 de phase solide lubrifiante affleurant pour partie au niveau de la surface libre 2. Et une phase lubrifiante liquide, par exemple huile de silicone, imprègne et est distribuée dans cette couche superficielle. Conformément à un mode d'exécution préféré, mais non exclusif, de l'invention : - la phase lubrifiante liquide est une huile de silicone ayant une viscosité de 100 centistokes, imprégnant la matrice plastique (PEHD), avec une densité surfacique de 1, 8. 10-4 g : cm2 ; - la phase lubrifiante solide comprend sous forme articulaire, à savoir respectivement un PTFE ayant une granulométrie comprise entre 5 et 15 pm, à proportion de 10 % en poids du PEHD, et un noir de carbone à l'état pulvérulent, ayant une granulométrie de 80 nm, à proportion de 0,1 % en poids du PEHD. La couche superficielle 3 est obtenue en projetant ou diffusant à l'intérieur du tube 1, après extrusion mais en phase visco-élastique, le PEHD et le noir de carbone, sous forme articulaire, ainsi que l'huile de silicone. De cette manière, les phases lubrifiantes, solide et liquide, s'incorporent dans la matrice plastique du tube, au moins en surface, pour former la couche superficielle 3 dont il a été précédemment question. A titre d'exemple, conformément à la description précédente, par référence à la figure 1, un tube en polyéthylène haute densité (PEHD), (référence commerciale NOVOLUB de la Société française NOVOPLASTIC), ayant un diamètre intérieur de 40 mm et une épaisseur de 3, 5 mm, est extrudé sur une machine de la Société BATTENFELD. A la sortie de la tête d'extrusion, d'une part une suspension d'une poudre de polytétrafluoréthylène (PTFE) (référence commerciale UNILUB T3 de la Société UNIFLON), et d'autre part du noir de carbone pulvérulent (référence Monarch 120 de la Société Cabot Corporation), ainsi qu'une huile de silicone (référence commerciale 47V100 de la Société PENN-WHITE), sont projetées sous forme divisée à l'intérieur du tube extrudé, alors qu'il est encore viscoélastique. Pour mesurer le coefficient de frottement de la surface libre intérieure d'un conduit d'installation, on utilise le dispositif représenté schématiquement à la figure 4. Conformément à cette figure, on enroule 4,20 m du conduit d'installation autour d'un touret ayant un diamètre d'un mètre. On installe un câble à l'intérieur du conduit ; une extrémité du câble est attachée au poids de valeur FO, et l'autre est reliée à un dispositif de traction qui enregistre la force de tirage F, en fonction du déplacement dudit poids. La vitesse de tirage est de 1 m/mn, à une température de 21 OC. On mesure la force de tirage F, pour un déplacement du poids de 15 cm. Le coefficient de frottement f est régi par la loi (d'après les formules de Buller) : F = Fo. exp (f. 0) avec un angle d'enroulement de 450 , soit 5 Tc/4 rad D'où f = ln (F/Fo) / (5 7t/4) Un conduit d'installation tel que précédemment décrit présente un coefficient de frottement compris entre 0,01 et 0,02. Selon un autre mode d'exécution d'un conduit d'installation conforme à l'invention, représenté en figure 3, ce dernier comprend trois couches 6,7 et 8 concentriques, constituées éventuellement par des matières plastiques respectivement différentes, l'une extérieure 7, l'autre intérieure 6, dans laquelle est intégrée la couche superficielle 3, et l'autre médiane ou intermédiaire 8. La couche superficielle 3 est discontinue, en suivant le pourtour du tube solide 1, et comprend par exemple, des nervures 9 adjacentes et longitudinales. Mais bien entendu, cette même couche superficielle 3 peut être continue, en suivant le pourtour du tube solide 1. REVENDICATIONS 1. Produit tubulaire allongé, présentant la même section selon toute sa direction longitudinale, comprenant un tube solide (1) constitué par au moins une matière plastique, à la fois suffisamment souple pour être enroulé et déroulé, et suffisamment rigide pour résister à un effort radial centripète ou centrifuge, ledit tube solide comportant, du côté intérieur et/ou du côté extérieur, une couche superficielle (3) dont la surface libre (2) constitue une surface de frottement et comportant une matrice plastique dans laquelle sont distribués ou dispersés, d'une part une phase solide (4) articulaire lubrifiante, affleurant au moins pour partie au niveau de la surface libre de la couche superficielle, et d'autre part une phase liquide lubrifiante, compatible avec la matrice plastique, caractérisé en ce que la phase solide articulaire lubrifiante est composite, et comprend d'une part un noir de carbone, et d'autre part un matériau plastique lubrifiant dont le coefficient de frottement par rapport à lui-même est au plus égal à 0,1. 2. Produit tubulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau plastique lubrifiant est le polytétrafluoroéthylène (PTFE). 3. Produit tubulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le noir de carbone de la phase solide lubrifiante est sous forme articulaire et distribué dans la matrice plastique de la couche superficielle du tube solide. 4. Produit tubulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau plastique lubrifiant est sous forme articulaire et distribué dans la matrice plastique de la couche superficielle du tube solide. 5. Produit tubulaire selon la revendication 2, caractérisé en ce que la proportion pondérale du noir de carbone de la phase solide lubrifiante par rapport au PTFE est d'au moins 10 %, et préférentiellement comprise entre 20 et 40 %. 6. Produit tubulaire selon la revendication 3, caractérisé en ce que les particules de noir de carbone de la phase solide lubrifiante ont un diamètre au plus égal à 500 nm, et préférentiellement compris entre 10 nm et 100 nm. 7. Produit tubulaire selon la revendication 4, caractérisé en ce que les particules (4) du matériau plastique lubrifiant sont des microbilles ayant un diamètre au plus égal à 20 jim, et de préférence compris entre 1 et 1 5 pm. 8. Produit tubulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube solide (1) est constitué par la seule matrice plastique, dont une couche limite, extérieure ou intérieure, constitue ladite couche superficielle (3), et dans laquelle sont distribuées des particules (4) de la phase solide lubrifiante, affleurant pour partie au niveau d'au moins une surface libre (2), intérieure ou extérieure, constituant une surface de frottement à sec. 9. Produit tubulaire selon la revendication 8, caractérisé en ce que les particules (4) de la phase solide lubrifiante et/ou la phase liquide lubrifiante dispersée sont contenues uniquement dans la couche superficielle (3). 10. Produit tubulaire selon la revendication 9, caractérisé en ce que la phase solide lubrifiante constitue une charge, dont la proportion est au moins égale à 0,01 % en poids, et par exemple comprise entre 0,005 et 0,05 % en poids de ladite matière plastique du tube solide. 11. Produit tubulaire selon la revendication 8, caractérisé en ce que la phase liquide lubrifiante imprègne la matière plastique, pratiquement sans mouiller ni la surface extérieure, ni la surface intérieure de ladite matrice. 12. Produit tubulaire selon la revendication 9, caractérisé en ce que la phase liquide lubrifiante constitue un additif, dont la proportion est au moins égale à 0,05 % en poids de la matrice plastique, et notamment comprise entre 0, 02 % et 0, 2 % en poids de la matière plastique du tube solide. 13. Produit tubulaire selon la revendication 8, caractérisé en ce que la proportion pondérale de la phase liquide lubrifiante, par rapport à la phase liquide lubrifiante est au plus égale à 5 %. 14. Produit tubulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il se présente sous la forme d'un conduit d'installation d'un câble ou tuyau, dont la surface libre intérieure délimite ladite couche superficielle.