Procédé de production d'un tuyau auto-porteur de matière plastique
cellulaire.
L'invention concerne un tuyau, notamment en matière
plastique, n'ayant pas à subir une pression interne.
Les tuyaux qui ne sont pas destinés à subir une pression
interne, par exemple enfouis dans le sol ou de descente d'eau
de pluie, sont très courants et sont normalement en PVC non
plastifié. Leur légèreté, la facilité avec laquelle on peut les
manipuler, leur rigidité et leur résistance à la corrosion permettent à ces tuyaux de durer au moins cinquante ans s'ils sont
convenablement enfouis, par exemple dans le sol. Toutefois, la matière première de ces tuyaux est relativement coûteuse et
leur utilisation dépend actuellement essentiellement de leurs bonnes qualités, car la facilité avec laquelle ils sont installés compense le cotit de la matière dont ils sont constitués.
L'invention a pour objet un procédé de production d'un tuyau de matière plastique cellulaire auto-porteur, consistant essentiellement à extruder un tuyau formé d'un mélange de matière
<EMI ID=1.1>
dilater radialement.
La dilatation radiale du tuyau s'effectue de préférence
à une température à laquelle la matière plastique subit une orientation. Le tuyau cellulaire peut être chauffé extérieurement et/ou intérieurement avant dilatation. La dilatation du tuyau cellulaire peut s'effectuer au moyen d'un gaz sous pression, par exemple d'azote ou d'air, ou au moyen d'un liquide sous pression, par exemple d'eau. Le liquide sous pression, par exemple l'eau, peut être à une température à laquelle le tuyau se dilate en produisant une orientation de la matière plastique.
La vitesse de dilatation est suffisamment basse pour empêcher que le tuyau ne subisse des amincissements locaux exagérés risquant d'en provoquer la rupture. La dilatation d'un tuyau qui, non dilaté, a un diamètre de 5 cm et une épaisseur de 5 mm, peut durer environ 5 minutes.
Le tuyau cellulaire peut être dilaté dans un moule comprenant des cavités et/ou des saillies annulaires sur lesquelles
ou dans lesquelles le tuyau se place en se dilatant. Le matériau peut être du PVC.
L'invention concerne par ailleurs un tuyau auto-porteur de matière plastique comprenant une paroi cellulaire fermée, orientée radialement, la résistance radiale et périphérique étant supérieure à la résistance longitudinale.
Le mélange peut être maintenu avant dilatation à une température inférieure à celle à laquelle le moussage se produit jusqu'au moment précédant immédiatement la dilatation et ensuite il peut être porté à une température à laquelle l'agent moussant devient actif, le mélange étant ensuite dilaté et, à la fin de la dilatation, il peut se gonfler librement pour former le tuyau.
On entend par "auto-porteur" le fait que le tuyau supporte son propre poids lorsqu'il est placé sur le coté.
L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple et sur lesquels :
la figure 1 est une coupe longitudinale d'un moule ; la figure 2 est une coupe axiale partielle à échelle agrandie du moule de la figure 1 ; et la figure 3 est une coupe transversale selon la ligne III-III de la figure 2.
Un mélange de PVC et d'un agent moussant convenable, par exemple d'un azodicarbonamide, est extrudé de manière classique à une température finale de l'ordre de 170 à 200[deg.]C, le tuyau cellu-
<EMI ID=2.1>
tronçons destinés à être dilatés et, dans l'exemple particulier,
il a été découpé en tronçons de 1 m et placé dans le moule représenté, dont le diamètre intérieur est de Il,5 cm. Le moule comprend
<EMI ID=3.1>
collier taraudé 4 le fixe sur un raccord 5 comportant une bride ajourée 6 et une partie intérieure conique 7 s'élargissant vers l'extérieur et vers la surface intérieure 8 du cylindre 1. L'extrémité étroite de la partie conique 7 se prolonge par une partie
<EMI ID=4.1>
mité du détalonnage étant taraudée en 12. Un autre raccord 13 comportant une cavité annulaire 14 et un trou central 15 est vissé <EMI ID=5.1>
paroi 16 comportant une surface en bout 18. La cavité 14 se prolonge sur une distance plus grande que la paroi 16 et sa surface 19 orientée vers l'extérieur a une fonction qui sera décrite plus bas.
Lorsque ces pièces sont assemblées, une série d'anneaux
20 à section en chevron est placée entre la surface en bout 18-
<EMI ID=6.1>
ne contenant aucune charge et étant maintenus en place à chaque
<EMI ID=7.1>
née à loger le tuyau 23 de matière plastique et lorsque le cylindre 13 est fixé sur les anneaux 20, ceux-ci se . dilatent latéralement pour serrer le tuyau entre eux-mêmes et la paroi 19 et établir un joint entre la surface intérieure du tuyau et l'extérieur.
<EMI ID=8.1>
5 est obturé par la bride 6 sur une petite partie de sa circonférence, de sorte qu'il communique largement avec l'extérieur. Cet intervalle est destiné à permettre à l'eau d'entrer et de sortir de l'espace annulaire 25 compris entre le tuyau 23 et le cylindre 1.
Un tuyau de 1 m de longueur est ainsi fixé dans le moule,
<EMI ID=9.1>
ter qu'il ne subisse des efforts longitudinaux gênants et qu'il
ne puisse pas se coincer dans le moule. Ces éléments assemblés sont placés ensuite dans un bain d'eau chaude à 86[deg.]C dans lequel ils restent jusqu'à ce que le tuyau atteigne la température de l'eau, ce processus prenant environ 20 minutes dans le cas particu-
<EMI ID=10.1> pratique, le tuyau atteint une température telle que cette orientation se produit lors de la dilatation.
De l'azote sous pression est ensuite envoyé dans le tuyau par le trou 15 et, dans le cas particulier, ce gaz est introduit par les deux extrémités afin que la pression soit uniforme sur tout le tuyau, de manière très efficace. La pression augmente à
<EMI ID=11.1>
Le gaz situé à l'intérieur du tuyau allégeant ce dernier, il tend à se courber vers le haut et il est donc nécessaire de placer un mandrin creux dans ce tuyau pour l'empêcher de se courber. Toutefois, ce mandrin ne serait pas nécessaire si l'azote sous pression était remplacé par de l'eau chaude sous pression. Une tolérance de
10 % dans l'épaisseur de la paroi du tuyau est admise pour que celui-ci se gonfle lentement et la faible vitesse de mise sous pression permet au tuyau de se gonfler progressivement sans qu'il ne subisse aucun amincissement local ni risque de se rompre. De petits trous de fuite d'environ 0,6 mm de diamètre et dont les
<EMI ID=12.1>
l'eau chaude de s'échapper sur toute la longueur du tuyau cellulaire, au fur et à mesure de la dilatation de ce dernier qui entre en contact avec les parois. L'eau chaude s'échappe également par l'intervalle 24 de chaque extrémité. Lorsque le tuyau est dilaté,
<EMI ID=13.1>
extrait du bain chaud et placé dans un bain d'eau froide à 10 [deg.]C . pendant environ 10 minutes de manière qu'il puisse se refroidir sous pression jusqu'à ce que la température de sa paroi revienne à
<EMI ID=14.1>
l'azote est ensuite relâchée et le tuyau est extrait du moule. Les détails des essais effectués sur le tuyau dilatés sont donnés plus bas.
On comprend que la paroi du moule pourrait comporter des rainures ou, si nécessaire, des saillies orientées vers l'intérieur, la forme extérieure et donc intérieure du tuyau étant alors modifiée et conforme à celle des rainures. Les extrémités chanfreinées que
le tuyau comporte à la suite de son contact avec les parties 7 du moule sont normalement découpées et jetées au rebut. L'épaisseur du produit final dépend bien entendu de l'épaisseur du tuyau extrudé à l'origine, du taux de formage et du taux de dilatation. Ces trois facteurs peuvent varier de manière que le tuyau final ait l'épaisseur voulue, mais, en règle générale, le tuyau se dilate à deux fois son diamètre initial.
Ce procédé de production de tuyau a de nombreux avantages dont le principal est que pour des dimensions données, la quantité nécessaire de matière plastique est moindre et donc son coût est diminué. Par ailleurs, l'orientation du tuyau modifie le mécanisme
de rupture par rapport aux tuyaux non orientés et les essais ont montré que le type de rupture d'un tuyau dilaté provient de pénétra- . tion par choc dans la matière ductile, tandis que les tuyaux cellu- laires non dilatés tendent à se briser de manière plus cassante. Des essais ont été faits pour augmenter la résistance au choc de tuyaux cellulaires par modification chimique de la structure. Toutefois, ces modifications sont coûteuses et réduisent l'avantage du prix des tuyaux cellulaires.
L'invention a par ailleurs l'avantage de permettre de réaliser des tuyaux de très grand diamètre à l'aide de moules de diamètre beaucoup plus petit. Ainsi, par exemple, un tuyau
<EMI ID=15.1>
avoir des qualités améliorées par orientation, il est possible de les dilater à une température supérieure à celle d'orientation de la matière.
<EMI ID=16.1> aucune rupture notable de sa structure cellulaire. Ce résultat est contraire à celui qui aurait pu être prévu. Il aurait pu paraître presque certain que la structure expansée de PVC à une densité de
<EMI ID=17.1>
devraient se rompre et s'affaisser. On aurait aussi pu penser que
la matière aurait été incapable de se dilater à cette faible densité et que la structure se serait simplement déchirée. On a toutefois découvert le contraire, c'est-à-dire que la matière peut être dilatée sans changement notable de la densité de la paroi, et que la paroi cellulaire peut être orientée de manière que sa résistance à la rupture augmente dans la direction de l'orientation. Ces résultats inattendus se voient d'après la structure du tuyau avant et après
sa dilatation et son orientation. L'orientation peut aussi être prouvée par comparaison de la résistance à la rupture de la matière dans le sens de la périphérie et dans le sens de la longueur et lorsque le tuyau revient à sa dimension normale par chauffage après dilatation et orientation. Pour les essais comparés de la résistance
<EMI ID=18.1>
et de 35 mm d'épaisseur de paroi a été dilaté à Il, '5 cm de diamètre extérieur et cinq échantillons ont été découpés sur la circonférence et dans le sens de l'axe de symétrie longitudinale ; les résultats des essais sont donnés dans le tableau I ci-dessous :
TABLEAU I
<EMI ID=19.1>
Le rapport de la résistance à la rupture dans le sens de la périphérie par rapport à cette résistance dans le sens de la longueur est de 1,97:1.
Des essais de relaxation ont été exécutés sur des échan-
<EMI ID=20.1>
90[deg.]C pendant 15 minutes. Cette température est supérieure à celle d'orientation et suffit à provoquer la relaxation du tuyau. Les résultats suivants ont été obtenus :
TABLEAU II
<EMI ID=21.1>
Les mesures ont été effectuées en huit points autour de la périphérie du tube et la moyenne a été de 2 mm. Le diamètre à une
<EMI ID=22.1>
extrémité, de sorte que la moyenne est la même. Les mesures effec- tuées après traitement thermique sont les suivantes :
TABLEAU III
<EMI ID=23.1>
<EMI ID=24.1>
deux extrémités à deux positions à angle droit, les résultats étant les suivants : 58,182 mm, 53,229 mm, 57,9328 mm, 56,9468 mm, le diamètre moyen étant de 56,0738 mm. Là relaxation fait donc passer
<EMI ID=25.1>
rieur de 92,1258 mm à 56,0738 mm. Le diamètre extérieur initial du tuyau est de 30,2514 mm, son épaisseur initiale, de 4,1148 mm et le rapport initial de dilatation est de 2,03:1. Cette relaxation est une preuve que le matériau est orienté.
On voit donc que l'orientation de la matière a eu lieu
et que la résistance à la rupture est améliorée dans le sens de la périphérie.
<EMI ID=26.1>
orientation, celle-ci pouvant être produite par de l'air chaud ou de la chaleur produite par irradiation plutôt que par de l'eau chaude.
Il va de soi que le procédé décrit et représenté peut subir de nombreuses modifications sans sortir du cadre de l'invention.
REVENDICATIONS
1.- Procédé de production d'un tuyau auto-porteur de matière plastique cellulaire, caractérisé en ce qu'il consiste à extruder un tuyau formé d'un mélange de matière plastique et d'un agent moussant, à laisser prendre au tuyau sa structure cellulaire et à le dilater radialement.
<EMI ID=27.1>