Brevet FR2921459A1 — publié le 20090327

La présente invention concerne un système de fermeture étanche pour la fabrication à partir de tresses en fibres textiles haute ténacité, de corps tubulaires creux, souples, résistants à de fortes pressions internes. A titre d'exemple non limitatif, le système de fermeture d'extrémité est particulièrement adapté à la réalisation, de réservoirs souples pour le stockage de fluides sous pression (réservoir à hydrogène), ou de structures porteuses sous pression (armature pour aile volante). Aujourd'hui, les réservoirs en matériaux composites pour le stockage de l'hydrogène sous pression, dans les véhicules de transport, sont réalisés par 10 enroulement filamentaire de fibres de carbone imprégnées de résine époxy déposées sur une préforme (Liner). Ce procédé de fabrication ne permet pas de réaliser des réservoirs souples, démontables, très résistants à l'impact et à la fatigue, de très grandes longueurs. 15 L'utilisation de tresses pour la fabrication de corps tubulaires creux privilégie l'optimisation de la couverture en fibres, c'est à dire le positionnement des fibres de renforts textiles au plus proche de la forme finale souhaitée. Le corps d'un réservoir fabriqué selon l'invention est souple, démontable, résistant à l'impact, de moindre coût, recyclable. 20 Seule la fabrication des fermetures aux extrémités nécessite l'utilisation de résine thermodurcissable. Enfin, les problèmes de fatigue sont eux aussi diminués étant donné qu'ils proviennent essentiellement de l'utilisation de résine thermodurcissable indispensable à la cohésion des fibres dans le procédé d'enroulement. 25 Les dimensions des réservoirs souples réalisables à titre d'exemple avec ce procédé sont : - De dix centimètres à plusieurs dizaines de mètres de longueur. - De deux centimètres à plus d'un mètre de section. Ce procédé de montage manuel, simple, rapide, est effectué avec un 30 outillage réduit. L'utilisation d'un système de fermeture selon l'invention, composé de bouchons, de jupes, d'anneaux, aux angles arrondis, de formes et dimensions tronconiques complémentaires, se caractérise par un puissant serrage et un puissant maintien de tresses tubulaires creuses en fibres textiles haute ténacité et de vessies étanches placées à l'intérieur. Les grandes bases des bouchons et des jupes sont toujours placées vers l'intérieur de la ou des tresses, selon un mode de réalisation particulier : - la vessie souple (1), étanche, généralement en élastomères, dont l'extrémité recouvre un bouchon rigide (2), est introduite à l'intérieur d'une ou de plusieurs extrémités de tresses souples (3) enfilés les unes sur les autres. - une jupe rigide (4) de formes et de dimensions complémentaires avec le bouchon (2), est enfilée sur la même extrémité de la (ou des) tresse(s) (3), dans le même sens que le bouchon (2). - un anneau rigide de serrage (5) est à son tour enfilé sur cette ou ces tresse(s) (3) derrière la jupe (4). - l'extrémité d'une des tresses (3) utilisés est retournée sur l'anneau (5) puis enfilée à nouveau à l'intérieur de la jupe (4). Il peut aussi bien s'agir de la tresse placée à l'intérieur ou bien de celle placée à l'extérieur. - le bouchon (2) muni de la vessie (1) qui se trouve à l'intérieur de la (ou des) tresse(s) (3) est tiré vers l'extérieur jusqu'à ce qu'il se loge à l'intérieur de la jupe (4), la (ou les) tresse(s) (3) et la vessie (1) sont alors maintenus par le système de fermeture d'extrémité. Les dessins annexés illustrent l'invention : Les figures 1, 2, 3 des pages 1/4, 2/4, 3/4 présentent la même vue en coupe du système de fermeture d'extrémité, seules varient, les formes des pièces tronconiques et le nombre de tresses superposées. Les figures 4 et 5 de la page 4/4 présentent à titre d'exemple non limitatif, les formes de base des pièces tronconiques et des anneaux.30 En référence à ces dessins, le système de fermeture d'extrémité comporte : - une armature souple constituée d'une ou plusieurs tresses en fibres haute ténacité (3) réalisées actuellement par tressage. - une vessie souple (1) en élastomères dont le rôle est d'assurer l'étanchéité du réservoir, elle se trouve à l'intérieur de la (ou des) tresse(s) (3), elle est actuellement réalisée par extrusion. - un bouchon rigide (2) de forme tronconique, aux angles arrondis, muni d'un orifice (6) pour le passage du fluide, réalisé dans un moule par coulée sous vide, ou par compression, grâce à l'utilisation d'un mélange de fibres textiles courtes et de résine, afin d'obtenir une excellente résistance à la compression. - une jupe rigide (4) réalisé actuellement par enroulement filamentaire de fibres textiles longues, à des angles proche de 90° par rapport à l'axe de rotation de la pièce afin d'obtenir un maximum de résistance en traction, elle ne présente aucune arête vive, afin de ne pas endommager les fibres textiles haute ténacité des tresses (3). - un anneau circulaire rigide (5) de serrage en acier, ou plastique, de section ronde, de résistance suffisante à la compression, positionné autour de la partie de diamètre réduit du bouchon (2), améliore le blocage des extrémités des tresses (3) lors de la mise sous pression. Les formes coniques des bouchons (2) et des jupes (4) peuvent être concaves, convexes ou les deux, le but est de suivre au mieux la forme naturelle prise par la tresse (3) lors de la mise sous pression. La grande base d'un bouchon (2) peut, elle aussi, présenter une concavité afin de répartir au mieux la pression interne sur la surface de la pièce. Les formes tronconiques complémentaires des bouchons (2) et des jupes (4) rendent impossible toute éjection. Le remplissage du réservoir s'effectue par l'orifice (6). Les performances de serrage du corps creux souple s'élève lorsque la pression interne augmente.30 Le bouchon tronconique (2) s'emboîte fortement à l'intérieur de la jupe (4) de forme complémentaire, de manière à verrouiller le système de fermeture d'extrémité. Les rapports entre les sections des petites bases et des grandes bases des bouchons coniques (2) et des jupes coniques (4) se situent entre 1/2 et 3/. Le système est démontable donc réversible, cependant, dans certains cas, les extrémités des tresses peuvent être montées selon le même principe mais en utilisant de la colle afin d'augmenter la fiabilité et la sécurité. Plusieurs tresses peuvent donc être superposées afin d'obtenir des épaisseur de parois conséquentes. Elles peuvent aussi être liées entre elles par de la colle généralement sous forme de résine thermoplastique. Il existe aussi un procédé de tressage en trois à cinq couches d'épaisseur de fibres pouvant présenter un intérêt direct dans cette application, proposé par l'Institut Français de Textile en d'Habillement (IFTH). Le système de fermeture d'extrémité peut aussi servir à la fabrication de flexibles pour la circulation des fluides sous pressions. Concernant la fabrication de structures porteuses ou de pièces tubulaires creuses en matériaux composites, une gaine peut-être substituée à la vessie (1) afin de gagner du poids, deux joints en élastomère sont alors utilisés entre le bouchon (2) et la gaine afin d'assurer l'étanchéité. La protection est assurée de différentes manières par : - l'utilisation d'une nouvelle tresse de couverture. - l'utilisation d'un tube en élastomère enfilé sur le réservoir souple. - la réalisation d'une enduction externe. Les réservoirs souples sous pression fabriqués à partir de tresses sont particulièrement destinés au stockage de gaz et de fluides pour les marchés du transport routier, ferroviaire, maritime et aérien, la sécurité civile, le médical, l'industrie.30 Revendications 1- Système de fermeture étanche pour la fabrication à partir de tresses en fibres textiles haute ténacité, de corps tubulaires creux, souples, résistants à de fortes pressions internes, caractérisé en ce qu'il est constitué, d'une vessie étanche souple (1) dont l'extrémité recouvre un bouchon rigide (2) de forme sensiblement tronconique ayant la partie de diamètre réduit dirigé vers l'extérieur, d'une ou plusieurs tresses tubulaires creuses, souples, de renforts en fibres textiles haute ténacité (3), dont au moins une des extrémités est retournée sur un anneau circulaire rigide (5) positionné autour de la partie de diamètre réduit du bouchon (2), puis repliée sur elle-même à l'intérieur d'une jupe conique rigide (4), de forme complémentaire avec le bouchon (2) et qui recouvre l'ensemble du système de fermeture. 2- Système de fermeture étanche pour la fabrication à partir de tresses en fibres textiles haute ténacité, de corps tubulaires creux, souples, résistants à de fortes pressions internes selon la revendication 1 caractérisé en ce les extrémités de tresses qui ne sont pas retournées sur l'anneau (5) recouvrent aussi le bouchon (2) et se trouvent quand même à l'intérieur de la jupe conique (4). 3- Système de fermeture étanche pour la fabrication à partir de tresses en fibres textiles haute ténacité, de corps tubulaires creux, souples, résistants à de fortes pressions internes selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que la grande base du bouchon conique (2) est toujours placée vers l'intérieur du corps tubulaire creux et que le rapport entre la section d'une petite base et d'une grande base se situe entre '/2 et toute éjection de bouchons (2) du système de fermeture, de par leurs formes et dimensions complémentaires avec les jupes coniques (4) sont impossibles.30 4- Système de fermeture étanche pour la fabrication à partir de tresses en fibres textiles haute ténacité, de corps tubulaires creux, souples, résistants à de fortes pressions internes selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de fermeture est démontable, cependant dans certains cas, une colle peut-être déposée sur les extrémités de la (ou des) tresse(s) (3) lors du montage afin de rendre le système de fermeture indémontable, une autre colle généralement sous forme de résine thermoplastique peut aussi servir à lier les tresses entre elles sur le corps du réservoir. 5- Système de fermeture étanche pour la fabrication à partir de tresses en fibres textiles haute ténacité, de corps tubulaires creux, souples, résistants à de fortes pressions internes selon les revendications 1 et 3 caractérisé en ce que la jupe conique rigide (4) est fabriquée par enroulement filamentaire de fibres textiles longues, à des angles proche de 90° par rapport à l'axe de rotation de la pièce afin d'obtenir un maximum de résistance en traction, ne présente aucune arête vive dans sa partie interne, afin de ne pas endommager les fibres textiles de la (ou des) tresse(s) (3). 6- Système de fermeture étanche pour la fabrication à partir de tresses en fibres textiles haute ténacité, de corps tubulaires creux, souples, résistants à de fortes pressions internes selon les revendications 1, 2, 3, caractérisé en ce que le bouchon conique (2) aux angles arrondis, est réalisé dans un moule par coulée sous vide ou par compression d'un mélange de fibres textiles courtes et de résine, afin d'obtenir une bonne résistance à la compression. 7- Système de fermeture étanche pour la fabrication à partir de tresses en fibres textiles haute ténacité, de corps tubulaires creux, souples, résistants à de fortes pressions internes selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'anneau (5) est de section ronde afin de ne pas endommager la (ou les) tresse(s) textile(s), présente une bonne résistance à la compression, dont la position se situe autour de la section réduite du bouchon (2), son rôle étant d'empêcher la tresse (3) qui est retournée sur lui de glisser lors de la mise sous pression. 8- Système de fermeture étanche pour la fabrication à partir de tresses en fibres textiles haute ténacité, de corps tubulaires creux, souples, résistants à de fortes pressions internes selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que les parties tronconiques des bouchons (2) et des jupes (4) peuvent présenter soit une concavité, soit une convexité, soit les deux, toujours d'une manière complémentaire en ce qui concerne les formes et les dimensions, afin de s'assembler partiellement et de suivre au mieux la forme naturelle prise par la (ou des) tresse(s) (3) et la vessie (1) sous pression. 9- Corps tubulaire creux souple résistant à une forte pression interne fabriqué à partir de tresses (3) selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que la grande base du bouchon rigide (2), du système de fermeture, peut présenter une concavité de forme afin de répartir au mieux la pression interne sur la surface de celui-ci. 10- Corps tubulaire creux souple résistant à une forte pression interne fabriqué à partir de tresses (3) selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de fermeture est équipé d'un orifice (6), pour le passage du fluide, dont la base de forme tronconique est encastrée au centre du bouchon interne (2), de sorte que toute éjection de l'orifice (6) soit impossible. 25 30