CA2584042A1 - Tube multicouche tpe/pp/renfort - Google Patents
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Abstract
Tube multicouche comportant de l'intérieur vers l'extérieur : - une couche interne en élastomère thermoplastique (1) compatible avec le polypropylène, - une couche intermédiaire en polypropylène (2) en contact direct avec la couc he interne, - une couche externe de renfort (4).
Description
Tube multicouche TPE/PP/renfort La présente invention concerne un tube multicou-che utilisable notamment comme canalisation de transport de fluide dans un circuit de refroidissement d'un moteur thermique d'un véhicule automobile.
Il existe de nombreuses structures de tube desti-nées au transport de fluide de refroidissement. Le choix des matériaux formant les couches desdites structures ré-sulte d'un compromis entre la tenue au fluide transporté, la perméàbilité à ce fluide, la résistance mécanique et le coût du tube.
Ce compromis est particulièrement délicat à trou-ver lorsque le tube est soumis à des températures élevées typiquement supérieures à 150 C
Il a été envisagé un tube comportant une couche en polyamide et une couche en élastomère thermoplastique rendues compatibles entre elles. Toutefois, dans un tel tube, la température élevée entraîne une rupture des liaisons covalentes entre l'anhydride maléique et les fonctions amides du polyamide ou toute autre fonction permettant de rendre les deux couches compatibles. En ou-tre, ces liaisons covalentes sont très sensibles aux agressions chimiques du fluide transporté qui peut provo-quer un délaminage des couches.
On connaît par ailleurs des tubes en élastomère thermoplastique. Ces tubes sont cependant onéreux et pré-sentent une perméabilité relativement élevée.
Un but de l'invention est de fournir une struc-ture de tube permettant l'obtention d'un meilleur compro-mis entre les différentes contraintes énoncées ci-dessus.
A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un tube multicouche comportant de l'intérieur vers l'exté-rieur :
- une couche interne en élastomère thermoplasti-que compatible avec le polypropylène,
Il existe de nombreuses structures de tube desti-nées au transport de fluide de refroidissement. Le choix des matériaux formant les couches desdites structures ré-sulte d'un compromis entre la tenue au fluide transporté, la perméàbilité à ce fluide, la résistance mécanique et le coût du tube.
Ce compromis est particulièrement délicat à trou-ver lorsque le tube est soumis à des températures élevées typiquement supérieures à 150 C
Il a été envisagé un tube comportant une couche en polyamide et une couche en élastomère thermoplastique rendues compatibles entre elles. Toutefois, dans un tel tube, la température élevée entraîne une rupture des liaisons covalentes entre l'anhydride maléique et les fonctions amides du polyamide ou toute autre fonction permettant de rendre les deux couches compatibles. En ou-tre, ces liaisons covalentes sont très sensibles aux agressions chimiques du fluide transporté qui peut provo-quer un délaminage des couches.
On connaît par ailleurs des tubes en élastomère thermoplastique. Ces tubes sont cependant onéreux et pré-sentent une perméabilité relativement élevée.
Un but de l'invention est de fournir une struc-ture de tube permettant l'obtention d'un meilleur compro-mis entre les différentes contraintes énoncées ci-dessus.
A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un tube multicouche comportant de l'intérieur vers l'exté-rieur :
- une couche interne en élastomère thermoplasti-que compatible avec le polypropylène,
2 = a, - une couche intermédiaire en polypropylène en contact direct avec la couche interne, - une couche externe de renfort.
La couche de polypropylène assure pour l'essen-tiel une fonction barrière vis-à-vis du fluide de refroi-dissement. La couche d'élastomère thermoplastique assure également une fonction barrière qui lui permet de se-conder la couche de polypropylène. Du fait de sa sou-plesse, la couche interne en élastomère thermoplastique présente ùné bonne résistance à la fissuration de sorte qu'elle empêche la mise en contact du fluide transporté
avec la couche intermédiaire pendant une durée relative-ment importante, permettant à la couche intermédiaire de conserver ses propriétés barrière vis-à-vis du fluide transporté. La couche interne protège ainsi le polypropy-lène de la couche intermédiaire des agressions dues au fluide de refroidissement et permet en outre la connexion du tube à des embouts de type en dents de sapin. L'élas-tomère thermoplastique présente en outre une propriété
d'adhérence naturelle sur le polypropylène (il y a une interpénétration au niveau macromoléculaire du polypropy-lène et de l'élastomère thermoplastique) jusqu'à des tem-pératures relativement importantes (au-delà de 150 C). Il existe ainsi une synergie entre la couche interne et la couche intermédiaire qui autorise de bonnes performances du tube. La couche externe renforce le tube mécaniquement en lui conférant une bonne résistance à la température et à la pression.
D'autres caractéristiques et avantages de l'in-vention ressortiront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier non limitatif de l'invention.
Il sera fait référence à la figure unique annexée représentant en coupe transversale un tube conforme à
l'invention.
La couche de polypropylène assure pour l'essen-tiel une fonction barrière vis-à-vis du fluide de refroi-dissement. La couche d'élastomère thermoplastique assure également une fonction barrière qui lui permet de se-conder la couche de polypropylène. Du fait de sa sou-plesse, la couche interne en élastomère thermoplastique présente ùné bonne résistance à la fissuration de sorte qu'elle empêche la mise en contact du fluide transporté
avec la couche intermédiaire pendant une durée relative-ment importante, permettant à la couche intermédiaire de conserver ses propriétés barrière vis-à-vis du fluide transporté. La couche interne protège ainsi le polypropy-lène de la couche intermédiaire des agressions dues au fluide de refroidissement et permet en outre la connexion du tube à des embouts de type en dents de sapin. L'élas-tomère thermoplastique présente en outre une propriété
d'adhérence naturelle sur le polypropylène (il y a une interpénétration au niveau macromoléculaire du polypropy-lène et de l'élastomère thermoplastique) jusqu'à des tem-pératures relativement importantes (au-delà de 150 C). Il existe ainsi une synergie entre la couche interne et la couche intermédiaire qui autorise de bonnes performances du tube. La couche externe renforce le tube mécaniquement en lui conférant une bonne résistance à la température et à la pression.
D'autres caractéristiques et avantages de l'in-vention ressortiront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier non limitatif de l'invention.
Il sera fait référence à la figure unique annexée représentant en coupe transversale un tube conforme à
l'invention.
3 Le tube conforme à l'invention comprend de l'in-térieur vers l'extérieur :
- une couche interne 1, - une couche intermédiaire 2, - une couche de liant 3, - une couche externe 4 de renfort.
La couche interne 1 comprend un matériau élasto-mère thermoplastique (TPE).
Le matériau thermoplastique élastomère est selon 10une premièrè version de l'invention un élastomère thermo-plastique oléfinique (TPE-O) ici non vulcanisé.
Le matériau élastomère thermoplastique oléfinique comprend une phase majoritaire de polyoléfine et une phase minoritaire à base d'élastomère dispersé dans la phase majoritaire. Le matériau élastomère thermoplastique oléfinique employé est par exemple un de ceux produits par la société MULTIBASE sous la référence MULTIBASE.
Selon une deuxième version, le matériau élasto-mère thermoplastique utilisé peut être vulcanisé (TPV) ou non et comprend de l'éthylène-propylène-diène monomère (EPDM). Le matériau utilisé en l'espèce est un mélange de polypropylène et d'éthylène-propylène-diène monomère (PP/EPDM) tel que ceux produits par la société AES sous les références SANTOPRENE 101-64A, 101-73A, 101-80A, 101-87A, 201-64A, 201-73A, 201-80A,201-87A.
Selon une troisième version, le matériau élasto-mère thermoplastique est un élastomère thermoplastique styrénique (TPE-S) comportant ici une base de polypropy-lène dans laquelle est dispersé du styrène-butadiène-styrène (SBS) ou du styrène-éthylène-butadiène-styrène (SEBS).
La couche interne 1 présente une bonne résistance au fluide de refroidissement et une faible perméabilité à
ce fluide. La couche interne 1 présente l'avantage d'être déformable ce qui lui permet d'assurer une fonction
- une couche interne 1, - une couche intermédiaire 2, - une couche de liant 3, - une couche externe 4 de renfort.
La couche interne 1 comprend un matériau élasto-mère thermoplastique (TPE).
Le matériau thermoplastique élastomère est selon 10une premièrè version de l'invention un élastomère thermo-plastique oléfinique (TPE-O) ici non vulcanisé.
Le matériau élastomère thermoplastique oléfinique comprend une phase majoritaire de polyoléfine et une phase minoritaire à base d'élastomère dispersé dans la phase majoritaire. Le matériau élastomère thermoplastique oléfinique employé est par exemple un de ceux produits par la société MULTIBASE sous la référence MULTIBASE.
Selon une deuxième version, le matériau élasto-mère thermoplastique utilisé peut être vulcanisé (TPV) ou non et comprend de l'éthylène-propylène-diène monomère (EPDM). Le matériau utilisé en l'espèce est un mélange de polypropylène et d'éthylène-propylène-diène monomère (PP/EPDM) tel que ceux produits par la société AES sous les références SANTOPRENE 101-64A, 101-73A, 101-80A, 101-87A, 201-64A, 201-73A, 201-80A,201-87A.
Selon une troisième version, le matériau élasto-mère thermoplastique est un élastomère thermoplastique styrénique (TPE-S) comportant ici une base de polypropy-lène dans laquelle est dispersé du styrène-butadiène-styrène (SBS) ou du styrène-éthylène-butadiène-styrène (SEBS).
La couche interne 1 présente une bonne résistance au fluide de refroidissement et une faible perméabilité à
ce fluide. La couche interne 1 présente l'avantage d'être déformable ce qui lui permet d'assurer une fonction
4 d'étanchéité lors d'un raccordement du tube avec un em-bout par exemple de type-dent de sapin. La couche interne 1 a de préférence un grade stabilisé vis à vis du vieil-lissement thermique à l'air en y incorporant par exemple des anti-oxydants.
La couche intermédiaire 2 est réalisée en poly-propylène (PP) tel que celui de grade EPD60R (stabilisé à
la chaleur et protégé vis à vis de l'oxydation et du vieillissement à l'hydrolyse) produit par la société
DEGUSSA sbus les références SX8100 ou SX8100sw ; ou celui produit par la société SOLVAY ENGINEERED POLYMERS sous la référence SEQUEL 1420 ou ELTEX PHL 102 Engineered Polyo-lefin ; ou bien encore celui produit par la société
BAMBERGER POLYMERS sous la référence BAPOLENE Grade PP
4012.
Les matériaux de la couche interne 1 et de la couche intermédiaire 2 présentent des propriétés d'adhé-rence mutuelle. Ceci est particulièrement intéressant car cette adhérence empêche (ou tout au moins limite) entre ces couches une recondensation de vapeurs de fluides qui auraient pu traverser la couche interne et être bloquées par la couche intermédiaire. Une telle recondensation au-rait créé des bulles risquant de dégrader la cohésion du tube et d'affecter sa résistance notamment mécanique.
La couche de liant 3 est à base de polyoléfine greffée anhydride maléique (PO-g-AM) telle que celles produites par la société MITSUI CHEMICALS sous les réfé-rences Admer QB 520, QF 550 E, QB 510 E, QF 551 E, AT 843 E, AT 1190 E, AT 1657 E ou AT 1658 E ; ou par la société
EQUISTAR sous les références PLEXAR PX 6002 ou PX 6006.
La couche externe 4 est réalisée en polyamide 6-12 (PA 6-12) tel que celui produit sous les références :
VESTAMID DX 9304 ou DX 9303 ou X 7099 par la société
HULS ; GRILON CAE 6 ou CR9 NAT 6361 par la société MEMS-GRIVORY ; ASHLENE 982 par la société ASHLEY POLYMERS ;
COMTUF 608 par la Société COMALLOY ; ZYTEL 151 L NC010 ou EFE 4168 par la société DUPONT DE NEMOURS. Le polyamide 6-12 confère au tube une résistance à la pression et à la température relativement importante.
La couche intermédiaire 2 est réalisée en poly-propylène (PP) tel que celui de grade EPD60R (stabilisé à
la chaleur et protégé vis à vis de l'oxydation et du vieillissement à l'hydrolyse) produit par la société
DEGUSSA sbus les références SX8100 ou SX8100sw ; ou celui produit par la société SOLVAY ENGINEERED POLYMERS sous la référence SEQUEL 1420 ou ELTEX PHL 102 Engineered Polyo-lefin ; ou bien encore celui produit par la société
BAMBERGER POLYMERS sous la référence BAPOLENE Grade PP
4012.
Les matériaux de la couche interne 1 et de la couche intermédiaire 2 présentent des propriétés d'adhé-rence mutuelle. Ceci est particulièrement intéressant car cette adhérence empêche (ou tout au moins limite) entre ces couches une recondensation de vapeurs de fluides qui auraient pu traverser la couche interne et être bloquées par la couche intermédiaire. Une telle recondensation au-rait créé des bulles risquant de dégrader la cohésion du tube et d'affecter sa résistance notamment mécanique.
La couche de liant 3 est à base de polyoléfine greffée anhydride maléique (PO-g-AM) telle que celles produites par la société MITSUI CHEMICALS sous les réfé-rences Admer QB 520, QF 550 E, QB 510 E, QF 551 E, AT 843 E, AT 1190 E, AT 1657 E ou AT 1658 E ; ou par la société
EQUISTAR sous les références PLEXAR PX 6002 ou PX 6006.
La couche externe 4 est réalisée en polyamide 6-12 (PA 6-12) tel que celui produit sous les références :
VESTAMID DX 9304 ou DX 9303 ou X 7099 par la société
HULS ; GRILON CAE 6 ou CR9 NAT 6361 par la société MEMS-GRIVORY ; ASHLENE 982 par la société ASHLEY POLYMERS ;
COMTUF 608 par la Société COMALLOY ; ZYTEL 151 L NC010 ou EFE 4168 par la société DUPONT DE NEMOURS. Le polyamide 6-12 confère au tube une résistance à la pression et à la température relativement importante.
5 En variante, la couche externe comprend une phase majoritaire de polyphénylène sulfone (PPS). Selon une première version, le matériau utilisé est un mélange de polyphénylène sulfone avec un agent modifiant choc tel que celui produit par la société CHEVRON PHILIPS sous les référencèsXTEL XE 3200 ou 3400. Selon une deuxième ver-sion, le matériau utilisé est un mélange de polyphénylène sulfone et de polyamide tel que celui produit par cette même société sous la référénce XTEL, série XK.
A titre d'exemple, pour un diamètre interne du tube égal à 27 mm, la couche interne a une épaisseur de 0,20 mm, la couche intermédiaire a une épaisseur de 0,20 mm, la couche de liant a une épaisseur comprise entre 0,05 et 0,10 mm, et la couche externe a une épaisseur de 0,90 mm (les valeurs indiquées sont des ordres de gran-deurs). La perméabilité du tube est d'autant plus faible que les épaisseurs sont importantes.
Les différentes couches sont par exemple co-extrudées.
Lors de la fabrication du tube, le refroidisse-ment ne doit pas être trop rapide, de manière à.obtenir un taux de cristallinité suffisant pour limiter la per-méabilité du tube à la valeur souhaitée. L'extrusion per-met un refroidissement relativement lent, de l'extérieur vers l'intérieur.
Le tube peut être lisse ou annelé.
Lorsque le tube est un tube annelé, la couche in-terne 1 protège la couche intermédiaire 2 du stress-cracking en particulier.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et on peut y apporter des va-
A titre d'exemple, pour un diamètre interne du tube égal à 27 mm, la couche interne a une épaisseur de 0,20 mm, la couche intermédiaire a une épaisseur de 0,20 mm, la couche de liant a une épaisseur comprise entre 0,05 et 0,10 mm, et la couche externe a une épaisseur de 0,90 mm (les valeurs indiquées sont des ordres de gran-deurs). La perméabilité du tube est d'autant plus faible que les épaisseurs sont importantes.
Les différentes couches sont par exemple co-extrudées.
Lors de la fabrication du tube, le refroidisse-ment ne doit pas être trop rapide, de manière à.obtenir un taux de cristallinité suffisant pour limiter la per-méabilité du tube à la valeur souhaitée. L'extrusion per-met un refroidissement relativement lent, de l'extérieur vers l'intérieur.
Le tube peut être lisse ou annelé.
Lorsque le tube est un tube annelé, la couche in-terne 1 protège la couche intermédiaire 2 du stress-cracking en particulier.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et on peut y apporter des va-
6 PCT/FR2005/002593 riantes de réalisation sans sortir du cadre de l'inven-tion tel que défini par les revendications.
En particulier, sont utilisables d'autres élasto-mères thermoplastiques, polypropylène, liant et polyamide (notamment du polyamide 12 bien que celui-ci présente une température maximale d'utilisation inférieure à celle du PA 6-12).
La couche de liant peut être en un autre matériau que celui:décrit, notamment- lorsque la couche externe de renfort est elle-même en un matériau différent de celui décrit.
En outre, on peut choisir une couche externe de renfort en un matériau ayant des propriétés d'adhérence naturelles avec la couche intermédiaire en polypropylène.
Il n'est-alors pas utile d'intercaler entre ces couches une couche de liant si la cohésion des couches procurée par l'adhérence naturelle est suffisante au regard de l'application envisagée.
En particulier, sont utilisables d'autres élasto-mères thermoplastiques, polypropylène, liant et polyamide (notamment du polyamide 12 bien que celui-ci présente une température maximale d'utilisation inférieure à celle du PA 6-12).
La couche de liant peut être en un autre matériau que celui:décrit, notamment- lorsque la couche externe de renfort est elle-même en un matériau différent de celui décrit.
En outre, on peut choisir une couche externe de renfort en un matériau ayant des propriétés d'adhérence naturelles avec la couche intermédiaire en polypropylène.
Il n'est-alors pas utile d'intercaler entre ces couches une couche de liant si la cohésion des couches procurée par l'adhérence naturelle est suffisante au regard de l'application envisagée.
Claims (10)
1. Tube multicouche comportant de l'intérieur vers l'extérieur :
- une couche interne en élastomère thermoplasti-que (1) compatible avec le polypropylène, - une couche intermédiaire en polypropylène (2) en contact direct avec la couche interne, - une couche externe de renfort (4).
- une couche interne en élastomère thermoplasti-que (1) compatible avec le polypropylène, - une couche intermédiaire en polypropylène (2) en contact direct avec la couche interne, - une couche externe de renfort (4).
2. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche externe (4) est en polyamide.
3. Tube selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couche externe (4) est en polyamide 6-12.
4. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche externe (4) comporte une phase majori-taire de polyphénylène sulfone.
5. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une couche de liant (3) en polyoléfine greffée anhydride maléique.
6. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche interne (1) est en un élastomère thermo-plastique vulcanisé.
7. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche interne (1) est en un élastomère thermo-plastique oléfinique.
8. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche interne (1) est en un élastomère thermo-plastique styrènique,
9. Tube selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'élastomère thermoplastique styrènique comprend une base de polypropylène dans laquelle est dispersé du styrène-butadiène-styrène.
10. Tube selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'élastomère thermoplastique styrènique comprend une base de polypropylène dans laquelle est dispersé du styrène-éthylène-butadiène-styrène.
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