Tuyau flexible renforcé composite.
La présente invention concerne d'une manière générale
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tement et, en particulier, un tuyau flexible renforcé composite de construction améliorée qui peut transporter des fluides
sous pression et résister à un éclatement sous des pressions allant jusqu'à environ 2800 kg par cm<2>.
Le tuyau flexible renforcé composite à haute pression classique comporte un tube d'âme extrudé en matière polymère synthétique servant à transporter un fluide sous pression, une
ou plusieurs couches de brins de matière de renforcement fibreuse pour soutenir le tube d'âme de manière à l'empêcher de se dilater radialement et de s'allonger et une gaine de protection en matière polymère synthétique. Jusqu'à présent, on avait l'habitude d'utiliser des filaments de poly(téréphtalate d'éthylène) tressés ou enroulés .en hélice comme décrit dans le brevet américain Brumbach
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ce comme matière fibreuse de renforcement. Ces tuyaux flexibles renforcés composites ont une résistance à l'éclatement allant jusqu'à 1750 kg par cm<2> mais ils ne peuvent pas être utilisés avec
des fluides lorsque des résistances à l'éclatement d'environ 2800 kg par cm<2> sont requises. Les matières de renforcement fibreuses disponibles jusqu'à présent sont soit incapables de maintenir un tube d'âme de manière à l'empêcher de se dilater et d'éclater à ces hautes pressions ou bien elles doivent être utilisées en des épais-
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radiale et un éclatement,que les dimensions du tuyau flexible composite obtenu deviennent gênantes.
Cela étant, l'invention a pour but de procurer un tuyau flexible renforcé composite qui puisse transporter des fluides,en
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d'environ 2800 kg par cm<2> ou plus. L'invention.a également pour but de procurer un tuyau flexible renforcé composite qui puisse transporter des fluides à des pressions élevées allant jusqu'à environ 700 kg par cm<2> ou plus et qui ne soit pas difficile à mettre en oeuvre en raison de l'épaisseur de la matière de renforcement fibreuse appliquée autour de son tube d'âme. L'invention
a encore pour but de procurer un tuyau flexible renforcé composite d'une construction nouvelle et perfectionnée qui puisse être utilisé pour transporter des fluides à des pressions élevées.
D'autres buts ressortiront de la description détaillée
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la Fig. 1 est une vue en élévation de côté, en partie arrachée et en partie en coupe, d'une forme d'exécution de l'invention;
la Fig. 2 est une vue en coupe suivant la ligne 2-2 de lange 1, et
la Fig. 3 est une vue en élévation de côté, en partie arrachée et en partie en coupe, d'une seconde forme d'exécution
de l'invention.
Les buts précités ainsi que d'autres encore sont réalisés d'une manière générale, conformément à l'invention, au moyen d'un tuyau flexible renforcé composite à haute résistance à l'éclatement comportant un tube d'âme en une matière polymère synthétique, une première matière de renforcement fibreuse adjacente au tube d'âme et disposée autour de celui-ci, cette matière comprenant des filaments tressés ayant une ténacité au moins d'environ 12 g par denier et au plus d'environ 25 g par denier, de préférence d'environ 20 g par denier, avec un allongement jusqu'à rupture d'environ 2 à 7%, les filaments de la tresse faisant un angle d'environ 56 à 63[deg.] environ avec l'axe longitudinal du tube d'âme, une deuxième couche de renforcement de filaments, soit tressés, soit enroulés, ayant une ténacité et un allongement situés dans les intervalles préci-
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couche de matière de renforcement fibreuse comportant des filaments qui ont une ténacité d'au moins 12 g par denier et un allongement jusqu'à rupture de 2 à 7% environ ou une ténacité moindre de 7 à 11 g environ par denier avec un allongement jusqu'à rupture de 9 à 17% environ.Les brins de matière fibreuse de la
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longitudinal du tube d'âme, et une gaine de protection en matière polymère synthétique est disposée autour de la matière de renforcement fibreuse. La couche de renforcement fibreuse enroulée doit comporter deux brins enroulés en hélice en sens opposés. La matière de renforcement fibreuse qui a une ténacité d'environ 7 à 11 g par denier peut comprendre des fibres de Nylon ou
de poly(téréphtalate d'éthylène) comme celles vendues sous les marques de fabrique "Dacron" et "Térylène". On peut utiliser n'importe quelle fibre ou filament résineux synthétique ayant
une ténacité d'au moins environ 12 g par denier et un allongement d'environ 2 et 7%,mais on obtient les meilleurs résultats, jusqu'à présent, avec une fibre de polyamide aromatique commercialisée par la Société E.I. Du Pont de Nemours & Co. sous la marque de fabrique "Kevlar" et connue dans le commerce sous le nom de "fibre B" et de filament "aramide".
Des fibres filées à partir du polyamide aromatique "Kevlar" ont un module élevé et sont faites en substance de structures de polyamides aromatiques obtenus en faisant réagir un acide dicarboxylique aromatique et une diamine aromatique, comme de l'acide téréphtalique ou de l'anhydride téréphtalique et de la p-phénylènediamine. En variante, le polyamide aromatique peut être un acide aminocarboxylique aromatique, comme, par exemple, l'acide
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La ténacité d'un filament est déterminée à partir de l'équation :
ténacité=résistance à la rupture du filament en g
denier
On peut utiliser un appareil classique pour tresser les matières de renforcement fibreuses et pour enrouler les filaments de renforcement en hélice autour du tube d'âme. Le tuyau flexible renforcé composite peut comporter plusieurs couches de matière de renforcement qui sont toutes des couches tressées ou bien il peut comporter une ou plusieurs couches enroulées en hélice entre des couches tressées adjacentes respectivement au tube d'âme et à la gaine.
On peut soutenir le tube d'âme d'une manière optimum en l'empêchant de se dilater radialement au moyen d'une tresse dont les brins sont disposés à environ 63[deg.] de sorte qu'il est préférable de renforcer le tube d'âme contre les risques d'éclatement au moyen d'une tresse dont l'angle de tressage soit compris entre 56 et 63[deg.] environ. De plus, la tension circonférentielle d'éclatement augmente
avec le diamètre de sorte que c'est la couche de renforcement la
plus proche du tube d'âme qui exerce la plus forte influence sur
la résistance à l'éclatement et c'est cette couche qui doit
faire un angle d'environ 56 à 63[deg.] avec l'axe du tube d'âme. L'allongement sous pression d'un tuyau flexible composite
renforcé à 56 - 63[deg.] est cependant très important. En utilisant
des couches de filaments de renforcement appliquées en plusieurs passes, on peut appliquer des couches de matière fibreuse sur
celle qui est adjacente au tube d'âme mais avec un angle plus
petit pour maîtriser l'allongement sous pression. Les contraintes longitudinales dues à la pression sont en substance indépendantes
de la distance mesurée à partir du tube d'âme de sorte que le renforcement qui est le plus éloigné du tube d'âme doit être
placé à des angles qui maîtrisent l'allongement. Un angle de 40
i à 450 peut être utilisé à cet effet.
Dans une forme d'exécution préférée de l'invention, une tresse dans laquelle les filaments sont tissés à un angle d'environ 61[deg.] est appliquée directement sur la surface du tube d'âme,
des brins de filaments de renforcement sont enroulés en hélice à
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la tresse et une seconde couche tressée dont les filaments
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les brins enroulés en hélice. En utilisant un filament
de renforcement enroulé en hélice comme deuxième couche
de renforcement, on obtient une efficacité de renforcement optimum. Dans cette forme d'exécution préférée, la couche adjacente au tube d'âme est obtenue en tressant des filaments ayant une ténacité d'au moins environ 12 g par denier et un allongement jusqu'à rupture d'environ 2 à 7 %, les brins de matière de renforcement sont enroulés en hélice en sens opposés pour former une double couche de filaments ayant une ténacité d'au moins environ 12 g par denier et un allongement jusqu'à rupture d'environ 2 à 7% sur la première couche et la couche présente sur celle qui est enroulée en hélice est appliquée en tressant des brins fibreux ayant une ténacité d'environ 7 à 11 g par denier et un allongement
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poly(téréphtalate d'alkylène).
Le tube d'âme et la gaine de protection peuvent être extrudés en des polymères résineux synthétiques semblables ou différents, comme par exemple du Nylon, un polyuréthanne élastomère,
du poly(chlorure de vinyle), un copolyester séquencé commercialisé par la Société E.I. Du Pont de Nemours & Co., sous la marque de fabrique "Hytrel" ou des produits analogues.
Un tuyau renforcé composite préféré 10 est représenté
sur les Fig. 1 et 2 du dessin annexé. Le tuyau composite 10 comporte un tube d'âme en Nylon extrudé 11, une première couche tressée 12 de filaments de polyamide aromatique fibreux ("Kevlar")
d'un denier de 1500 ayant une ténacité d'environ 20 g par denier
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angle d'environ 61[deg.] par rapport à l'axe du tube d'âme, une double couche 13 et 13' de brins de filaments de polyamide aromatique
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ténacité d'environ 20 g par denier et un allongement d'environ les brins enroulés en hélice faisant un angle d'environ
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poly(téréphtalate d'éthylène) ("Dacron") 14 ayant une ténacité d'environ 9,2 g par denier et un allongement jusqu'à rupture
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les couches 12, 13 et 14 peuvent être appliqués sous une tension
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peut être d'environ 1500 et celui du poly(téréphtalate d'éthylène) peut être d'environ 1100. Une gaine en polyuréthanne (Pellethane
CPR 2102-90A) 15 est extrudée sur la couche 14.
La forme d'exécution du tuyau renforcé composite représentée sur la Fig. 3 comporte les mêmes éléments que celle des Fig. 1 et 2, sauf qu'une tresse 16 remplace la double couche fibreuse enroulée en hélice 13 et 13'. Cependant, une couche tressée telle que 16 est moins efficace qu'un renforcement enroulé comme les couches 13 et 13' de sorte que la forme d'exécution représentée aux Fig. 1 et 2 est préférable à celle représentée à la Fig' 3.
La gaine en polyuréthanne 15 peut être extrudée en n'importe quel polyuréthanne thermoplastique adéquat comme le Pellethane vendu par la Société Upjohn Company ou les polyuréthannes décrits dans les brevets américains n[deg.] 3.116.760 et
3.722.550 accordés à R.A. Matthews ou décrits dans le livre de Saunders et Frisch intitulé "Polyuréthanes: Chemistry and Technology", publié par Interscience Publishers, Copyright 1964, et qui sont
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Des polyuréthannes thermoplastiques obtenus en faisant
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lène éther)glycol ou un poly(caprolactone ester)glycol sont préférables.
On peut utiliser n'importe quel Nylon adéquat pour le tube d'âme ou pour la gaine,tel que celui décrit dans le brevet
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ici à titre de référence. Des élastomères en copolyester thermoplastique séquencés du type envisagé pour le tube d'âme ("Hytrel") sont décrits dans le brevet américain n[deg.] 3.766.146, dont la description est citée ici à titre de référence. Une matière de renforcement fibreuse en Nylon adéquate est décrite dans le
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La couche de renforcement fibreuse qui couvre le tube d'âme peut ou non être collée à la paroi du tube d'âme. La couche extérieure de matière de renforcement peut ou non être collée à
la gaine mais il est préférable qu'elle y soit effectivement collée. De même, si l'on utilise plusieurs couches de matière de renforcement, des couches adjacentes peuvent ou non être collées les
unes aux autres. On peut utiliser n'importe quel adhésif adéquat pour coller les diverses épaisseurs ou les divers brins les uns
aux autres comme, par exemple, un adhésif à base de polyuréthanne, une colle à base de caoutchouc ou un autre adhésif élastomère. L'adhésif servant à faire adhérer le tube d'âme à la couche adjacente de matière de renforcement peut être préparé à partir de la
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n[deg.] 3.722.550 ou bien on peut utiliser l'adhésif décrit dans le brevet américain n[deg.] 3.116.760. Des adhésifs adéquats sont également décrits dans les brevets américains n[deg.] 3.726.321 et 3.332.447. Ces brevets sont cités dans le présent mémoire à titre de référence.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux détails d'exécution décrits auxquels de nombreux changements et modifications peuvent être apportés sans sortir de son cadre.
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matière polymère synthétique, une première matière de renforcement fibreuse autour du tube d'âme formée essentiellement de filaments synthétiques tressés ayant une ténacité d'au moins environ 12 g par denier et un allongement jusqu'à rupture de 2 à 7% environ, les filaments faisant un angle d'environ 56 à 63[deg.] avec l'axe longitudinal
du tube d'âme, une deuxième matière de renforcement autour de la première comprenant essentiellement des filaments synthétiques
ayant une ténacité d'au moins environ 12 g par denier avec un
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seconde matière de renforcement faisant un angle de 46 à 55[deg.] environ avec l'axe longitudinal du tube d'âme, une troisième matière de renforcement fibreuse autour de la deuxième comportant des filaments tressés ayant une ténacité d'au moins environ 12 g par
denier et un allongement situé dans la gamme précitée ou une
ténacité inférieure d'environ 7 à 11 g environ par denier et un allongement jusqu'à rupture d'environ 9 à 17%, les filaments de la troisième matière de renforcement faisant un angle de 40 à 450
environ avec l'axe longitudinal du tube d'âme, et une gaine polymère synthétique.