Brevet FR2863196A1 — publié le 20050610

Description L'invention concerne un procédé de fabrication de tuyaux flexibles coudés, du type dans lequel une ébauche de tuyau flexible est montée sur un mandrin flexible, introduite, à l'état non vulcanisé, dans un moule extérieur, avec le mandrin se trouvant à l'intérieur de l'ébauche, vulcanisée dans ce moule extérieur puis extraite du moule et, enfin, le mandrin est retiré de l'intérieur du tuyau flexible coudé fini. Un procédé de fabrication de tuyaux flexibles coudés est connu d'après le document DE 101 62 294 Al. Une caractéristique importante de ce procédé connu réside dans le fait que pour le formage - donc pour la production de la forme spatiale coudée de l'ébauche de tuyau flexible - et pour la vulcanisation du caoutchouc - donc pour la réticulation des éléments élastomères constitutifs de la paroi du tuyau flexible subissant l'effet de la chaleur et de la pression de formage -, il est prévu un moule négatif rigide pouvant être assemblé (fermé) de manière exacte, lequel moule négatif, en raison de son coût de fabrication inévitablement élevé, entraîne une augmentation non négligeable du coût du procédé. Un autre procédé, dans lequel on utilise également un moule négatif, est connu d'après le document DE 195 27 182 Al. Etant donné que le moule négatif doit être démontable, ici, pour introduire et extraire l'ébauche du tuyau flexible, on ne peut pas éviter le fait, dans le cas de ce procédé connu, que les joints de séparation se reproduisent sur la surface du tuyau flexible coudé fini, faisant qu'il en résulte une diminution de la qualité. Si les tolérances de dimensions entre le moule négatif et l'ébauche du tuyau flexible s'écartent les unes des autres, allant dans le sens d'une dimension de l'ébauche du tuyau flexible, inférieure à la cote prescrite, il en résulte d'une part une surface fissurée, d'autre part la pression nécessaire à la vulcanisation, sur l'ébauche du tuyau flexible, n'est pas produite de manière homogène sur toute la partie du tuyau flexible, de sorte que la vulcanisation n'est pas uniforme, faisant que la reproductibilité et la qualité en souffrent. Un enveloppement de l'ébauche du tuyau flexible n'offre aucune solution pour sortir de cette problématique, étant donné que, d'une part, l'on ne peut pas réaliser des rayons de courbure serrés et que, d'autre part, également dans le cas de rayons de courbure importants, la bande d'appui se reproduit sur la surface du tuyau flexible coudé. De même, une pré-vulcanisation de l'ébauche du tuyau flexible, encore droite, s'est révélée comme étant non bénéfique, car le formage fourni de manière forcée par le moule négatif n'est plus stable après la vulcanisation finale, étant donné que le tuyau flexible coudé a tendance, après avoir été extrait du moule négatif, à revenir à la forme droite d'origine de son profil axial. Le but de l'invention consiste à réduire les coûts de production, sans diminution de la qualité du produit, dans le cas du procédé cité initialement et mis en oeuvre pour la fabrication reproductible de tuyaux flexibles coudés ayant un profil axial défini, dans le cas d'une vulcanisation homogène et de surfaces extérieures et intérieures lisses. Conformément à l'invention, ce but est atteint par un procédé caractérisé - en ce que l'ébauche de tuyau flexible est montée sur un mandrin creux flexible qui présente un creux formant passage dans la direction longitudinale, s'étendant coaxialement et ayant un diamètre intérieur constant, et - en ce que l'on utilise, comme moule extérieur, une gaine flexible pouvant être élargie élastiquement, laquelle gaine, à l'état élargi, est étirée par l'ébauche de tuyau flexible non vulcanisée, contenant le mandrin creux, - en ce que l'on laisse la gaine se contracter à nouveau, sous l'effet de sa force de rappel élastique, de sorte que la gaine comprime, contre le mandrin creux, la paroi de l'ébauche de tuyau flexible, surtout sa périphérie et de façon et uniforme, - en ce que l'ébauche de tuyau flexible, en même temps que le mandrin creux et la gaine, est divisée en longueurs de tuyau flexible coudé, conformes à leur destination, - en ce que des mandrins chauffants rigides sont introduits dans les creux coaxiaux des segments du mandrin creux qui présentent la courbure ou les courbures correspondant à la forme spatiale des tuyaux flexibles coudés à fabriquer, et - en ce que les segments de l'ébauche de tuyau flexible sont vulcanisés ensuite, au cours d'une étape de travail, sous l'effet de la chaleur, dans les segments élastiques de la gaine, et enfin, les mandrins chauffants rigides ainsi que les segments de la gaine et du mandrin creux sont séparés. Des perfectionnements et des configurations avantageuses de l'invention se caractérisent en ce que, respectivement: - le diamètre intérieur de la gaine est, à l'état détendu, plus petit que le diamètre extérieur de l'ébauche de tuyau flexible; - la gaine, au cours du montage sur l'ébauche de tuyau flexible, est gonflée pneumatiquement et détendue après le montage; - une feuille est extrudée sur le mandrin creux, avant l'application de l'ébauche de tuyau flexible, laquelle feuille, au cours de la vulcanisation de l'ébauche de tuyau flexible, se combine à la surface intérieure de paroi de cette ébauche et reste dans le tuyau flexible coudé, une fois que le mandrin creux a été enlevé ; - on utilise, comme mandrins chauffants rigides, des mandrins creux, et les segments de l'ébauche de tuyau flexible sont sollicités également en température, du côté intérieur des mandrins chauffants, par le milieu porteur introduit pour la vulcanisation; - les ébauches de tuyaux flexibles sont préchauffées, avant le montage sur les mandrins chauffants, en même temps que les mandrins creux se trouvant à l'intérieur des ébauches et que les gaines les entourant; - on utilise une gaine constituée d'un matériau ou de matériaux élastomère(s) ; - on utilise, comme matériau élastomère, un caoutchouc à base d'acrylonitrile et de butadiène. Tandis que la théorie des hommes de l'art, mentionnée dans le document DE 101 62 294 Al cité précédemment, a considéré comme obligatoirement nécessaire l'utilisation d'un moule négatif rigide s'assemblant (se fermant) de manière exacte, la présente invention réfute ce point de vue et propose un procédé largement approprié qui réussit à se passer tout à fait d'un moule négatif de ce type et, par conséquent, entraîne des coûts de production beaucoup plus réduits. Conformément à l'invention, on procède d'après les étapes qui suivent: En premier lieu, on monte, sur un mandrin creux flexible, une ébauche de tuyau flexible correspondant à la structure de construction du tuyau flexible coudé à fabriquer. Ici, le mandrin creux, qui est constitué, de préférence, d'une matière thermoplastique - et en fait, en particulier, d'un polyméthylpentène recyclable - présente un creux formant passage dans le sens longitudinal, s'étendant de façon coaxiale et ayant un diamètre intérieur constant. Par cette ébauche de tuyau flexible non vulcanisée et contenant le mandrin creux, on étire ensuite une gaine flexible pouvant être élargie élastiquement, gaine que l'on élargit ici, en particulier par gonflage. Ensuite, on laisse la gaine se contracter à nouveau sous l'effet de sa force de rappel élastique, où cette gaine comprime la paroi de l'ébauche du tuyau flexible, contre le mandrin creux, de manière uniforme tout autour de celui-ci. Ensuite, l'ébauche du tuyau flexible, en même temps que le mandrin creux et la gaine, est divisée, en particulier coupée en longueurs de tuyaux flexibles coudés conformes à leur destination, et dans les creux coaxiaux des segments du mandrin creux sont introduits des mandrins chauffants rigides dont les diamètres correspondent au diamètre intérieur des creux et qui sont coudés de façon correspondant à la forme spatiale des tuyaux flexibles coudés à fabriquer. Les segments - jusqu'à présent non vulcanisés - de l'ébauche du tuyau flexible sont ensuite, au cours d'une étape de travail, vulcanisés - dans une chaudière ou dans un équipement de type analogue - en même temps que les segments de la gaine entourant les segments de l'ébauche et en même temps que les parties du mandrin creux et les mandrins chauffants qui y sont contenus et, enfin, les mandrins chauffants rigides ainsi que les segments de gaine et de mandrin creux sont enlevés. De préférence, la gaine a, par rapport à l'ébauche du tuyau flexible, une dimension inférieure à la cote prescrite, c'est-à-dire que le diamètre intérieur de la gaine est, à l'état détendu, inférieur au diamètre extérieur de l'ébauche du tuyau flexible. L'élargissement de la gaine au cours du montage sur l'ébauche du tuyau flexible a lieu de manière appropriée au moyen d'un soufflage pneumatique. Grâce au soufflage, le montage est possible sans contrainte mécanique et sans nuire à l'ébauche du tuyau flexible. Lors de la détente de la gaine, qui se produit ensuite, une pression uniforme est produite, de l'extérieur, sur l'ébauche du tuyau flexible, grâce à la force de rappel élastique de la gaine, grâce à quoi une vulcanisation homogène est garantie. Etant donné que la gaine est très flexible, elle transmet les courbures des mandrins chauffants rigides même dans des zones à faibles rayons de courbure - de manière extrêmement exacte et irréversible, aux segments de l'ébauche du tuyau flexible. La gaine peut présenter une surface intérieure lisse ou structurée, grâce à quoi les segments de l'ébauche du tuyau flexible obtiennent, au cours de la vulcanisation, une surface lisse ou structurée. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux du procédé conforme à l'invention, une feuille est déjà extrudée sur le mandrin creux, avant l'application de l'ébauche du tuyau flexible, laquelle feuille se distingue, par exemple, par une faible perméabilité aux gaz, à la vapeur ou aux liquides et, au cours de la vulcanisation, se combine à la surface intérieure de paroi de l'ébauche du tuyau flexible et reste dans le tuyau flexible coudé, une fois que le mandrin creux a été enlevé. En raison de la pression de serrage exercée par la gaine, au cours du procédé conforme à l'invention, dans le sens radial, de manière circulaire et uniforme, sur l'ébauche du tuyau flexible et sur la feuille disposée dans cette ébauche, on empêche toute formation de plis de cette feuille, et la surface intérieure de la paroi du tuyau flexible coudé reste parfaitement exempte de plis. Grâce à une telle feuille, on réussit à fabriquer des tuyaux flexibles coudés ayant une grande imperméabilité par rapport aux milieux à faire passer, sans avoir à se soucier d'une éventuelle incompatibilité de ces milieux par rapport à la partie restante du matériau du tuyau flexible coudé. Bien plus, le matériau du tuyau flexible coudé, à savoir en particulier le caoutchouc, peut être conçu surtout d'après d'autres paramètres, comme par exemple l'élasticité, la résistance à la pression et la résistance à des températures élevées. En outre, la surface intérieure - exempte de pli - des tuyaux flexibles coudés, fabriqués conformément à l'invention, garantit, lors du transport de fluides dans des installations techniques, des résistances d'écoulement réduites. De même, des dommages affectant des tuyaux flexibles coudés, se présentant sous la forme de phénomènes d'érosion, sont évités, ces dommages pouvant se produire en raison de plis. Selon un perfectionnement du procédé conforme à l'invention, les mandrins chauffants peuvent être conçus également comme des mandrins creux, de sorte que les ébauches de tuyaux flexibles peuvent être également sollicitées en température, depuis leur côté intérieur, par le milieu porteur introduit pour la vulcanisation. Pour la gaine, on utilise, de préférence, un matériau du type élastomère. Pour ce faire, un caoutchouc à base d'acrylonitrile et de butadiène (NBR) s'est révélé comme étant particulièrement approprié, car l'élasticité de ce matériau permet que la pression extérieure nécessaire soit produite sur l'ébauche du tuyau flexible et maintenue lorsque les températures de vulcanisation sont atteintes. Par la suite, on explique le procédé conforme à l'invention, à l'aide d'un dessin joint, vu en coupe transversale, de l'exemple du tuyau flexible coudé d'agent réfrigérant. Comme le montre le dessin, l'ébauche 12 du tuyau flexible est montée sur un mandrin creux flexible 10 - en particulier thermoplastique - sur lequel on a, auparavant, extrudé une couche 22 en forme de feuille. Cette feuille 22 constitue ultérieurement le revêtement du tuyau flexible coudé fini. A la suite de quoi, la partie restante de l'ébauche 12 du tuyau flexible est constituée d'une couche intérieure élastomère 24, d'une couche extérieure élastomère 28 et d'un matériau de renforcement 26 noyé entre ces couches et, si nécessaire, de couches appropriées d'agents adhésifs. Ensuite, la totalité de l'ébauche 12 du tuyau flexible est recouverte d'une gaine 14 élargie élastiquement, à cet effet, par gonflage. Lorsque cette gaine se contracte à nouveau en raison de sa force de rappel élastique, la gaine comprime l'ébauche du tuyau flexible et, avec celle-ci, la feuille 22, contre le mandrin creux flexible 10, de manière concentrique et uniforme. Cette structure en couches formée par le mandrin creux flexible 10, par l'ébauche 12 du tuyau flexible, avec la feuille 22, et par la gaine 14, peut être fabriquée suivant des longueurs plus ou moins importantes. La structure en couches est divisée alors en longueurs de tuyaux flexibles coudés conformes à leur destination, et les segments ainsi produits sont placés sur des mandrins chauffants 16 rigides - en particulier métalliques - et coudés, tandis que l'on introduit, dans ces segments, les mandrins chauffants 16 dont le diamètre correspond au diamètre intérieur w des creux 11 des segments 10 du mandrin creux. Ici, les formes spatiales coudées et prédéterminées des mandrins chauffants 16 sont appliquées de force sur les ébauches des tuyaux flexibles, et, grâce à la vulcanisation qui s'ensuit, les courbures des mandrins chauffants 16 sont transmises, de manière permanente, aux tuyaux flexibles coudés qui sont produits. Liste des pièces de référence mandrin creux flexible 11 creux coaxial w diamètre intérieur du creux 11 12 ébauche de tuyau flexible 14 gaine 16 mandrin chauffant rigide et coudé 22 feuille 24 couche intérieure 26 matériau de renforcement 28 couche extérieure R E V E N D I C A T I O N S 1. Procédé de fabrication de tuyaux flexibles coudés, où une ébauche de tuyau flexible (12) est montée sur un mandrin flexible (10), introduite, à l'état non vulcanisé, dans un moule extérieur (14), avec le mandrin (10) se trouvant à l'intérieur de l'ébauche, vulcanisée dans ce moule extérieur puis extraite du moule et, enfin, le mandrin (10) est retiré de l'intérieur du tuyau flexible coudé fini, caractérisé - en ce que l'ébauche de tuyau flexible (12) est montée sur un mandrin creux flexible (10) qui présente un creux (11) formant passage dans la direction longitudinale, s'étendant coaxialement et ayant un diamètre intérieur constant (w), et - en ce que l'on utilise, comme moule extérieur, une gaine flexible (14) pouvant être élargie élastiquement, laquelle gaine, à l'état élargi, est étirée par l'ébauche de tuyau flexible (12) non vulcanisée, contenant le mandrin creux (10), - en ce que l'on laisse la gaine (14) se contracter à nouveau, sous l'effet de sa force de rappel élastique, de sorte que la gaine comprime, contre le mandrin creux (10), la paroi de l'ébauche de tuyau flexible (12) , sur toute sa périphérie et de façon uniforme, - en ce que l'ébauche de tuyau flexible (12), en même temps que le mandrin creux (10) et la gaine (14), est divisée en longueurs de tuyau flexible coudé, conformes à leur destination, - en ce que des mandrins chauffants rigides (16) sont introduits dans les creux coaxiaux (11) des segments du mandrin creux (10) qui présentent la courbure ou les courbures correspondant à la forme spatiale des tuyaux flexibles coudés à fabriquer, et - en ce que les segments de l'ébauche de tuyau flexible (12) sont vulcanisés ensuite, au cours d'une étape de travail, sous l'effet de la chaleur, dans les segments élastiques de la gaine (14), et - enfin, les mandrins chauffants rigides (16) ainsi que les segments de la gaine (14) et du mandrin creux (10) sont séparés. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre intérieur de la gaine (14) est, à l'état détendu, plus petit que le diamètre extérieur de l'ébauche de tuyau flexible (12). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la gaine {14), au cours du montage sur l'ébauche de tuyau flexible (12), est gonflée pneumatiquement et détendue après le montage. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une feuille (22) est extrudée sur le mandrin creux (10), avant l'application de l'ébauche de tuyau flexible (12), laquelle feuille, au cours de la vulcanisation de l'ébauche de tuyau flexible (12), se combine à la surface intérieure de paroi de cette ébauche et reste dans le tuyau flexible coudé, une fois que le mandrin creux (10) a été enlevé. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on utilise, comme mandrins chauffants rigides (16), des mandrins creux, et les segments de l'ébauche de tuyau flexible (12) sont sollicités également en température, du côté intérieur des mandrins chauffants (16), par le milieu porteur introduit pour la vulcanisation. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les ébauches de tuyaux flexibles (12) sont préchauffées, avant le montage sur les mandrins chauffants (16), en même temps que les mandrins creux (10) se trouvant à l'intérieur des ébauches et que les gaines (14) les entourant. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on utilise une gaine (14) constituée d'un matériau ou de matériaux élastomère(s). 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'on utilise, comme matériau élastomère, un caoutchouc à base d'acrylonitrile et de butadiène (NBR).