Tuyau dont la paroi comprend un corps en fibres liées par une résine
et procédé pour sa fabrication
La surface interne d'un tuyau en fibre ou en filament lié par une résine ou une matière plastique peut tre soumise à l'action d'un liquide abrasif, par exemple un liquide qui porte en suspension des particules acérées et dures, notamment du sable et certaines argiles qui se rencontrent dans les huiles de forage. (: Cette partie peut tre soumise aussi à l'atta- que de produits chimiques ou de certaines huiles brutes.
Par le terme fibre , on comprend des fibres en brins et des filaments continus, et le terme résine comprend les résines et les matières plastiques.
On a trouvé que certaines fibres, quand elles sont liées par une résine, présentent une résistance notable à l'abrasion et à l'attaque chimique, soit par suite de la résistance inhérente aux fibres elles-mmes, soit parce que ces fibres sont particulièrement bien liées par la résine, soit encore pour ces deux raisons. Toutefois, ces fibres sont en général trop faibles et ne présentent pas la rigidité nécessaire pour tre utilisées seules pour la formation d'un tuyau lié par résine à haute résistance mécanique et de faible poids, c'est-à-dire présentant la résistance recherchée sans avoir une paroi excessivement épaisse. On a trouvé que ces fibres sont mme trop faibles en elles-mmes pour former une couche interne protectrice pour un tuyau dont la paroi principale est formée de fibres plus résistantes liées par une résine.
Un coup suffisamment fort sur l'extérieur du tuyau peut entraîneur des fentes dans la couche intérieure protectrice, mme si aucun défaut n'est apparent.
L'invention comprend un tuyau dont la paroi comprend un corps en fibres liées par une résine, ce tuyau étant caractérisé en ce qu'au moins une première couche interne d'un matériau en fibres liées par une résine et plus résistant que le corps à l'abrasion et aux agents chimiques recouvre intérieurement ledit corps, et qu'entre la couche interne et le corps du tuyau se trouve une seconde couche constituée par un tissu de fibres mécaniquement plus résistantes que celles de la couche interne et liées par une résine.
Par tissu on entend tout matériau en feuille flexible formé de fibres solidarisées par tissage, tricotage ou feutrage. Le matériau tissé est utilisé préférablement sous forme de ruban.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution du tuyau que comprend l'invention et un appareil permettant une mise en oeuvre du procédé que comprend aussi l'invention.
La fig. 1 est une coupe partielle schématique de la paroi de cette forme d'exécution du tuyau.
Les fig. 2 et 3 montrent, à plus petite échelle, deux stades de la fabrication de cette forme d'exécution.
La fig. 4 est une vue en perspective schématique dudit appareil.
La paroi du tuyau représenté à la fig. 1 comprend une couche 1 d'un ruban acrylique lié par une résine, qui constitue la surface interne du tuyau, et des couches 2 à 5, les couches 2 et 4 étant constituées par un ruban acrylique et les couches 3 et 5 par un ruban de verre lié par une résine. Autour des couches 1 à 5 est disposé un corps qui peut tre formé d'un certain nombre de couches d'enroulements d'une fibre de verre, les couches adjacentes étant disposées de préférence en hélice tournant en sens opposés et l'hélice présentant un angle tel que la paroi du tuyau offre sensiblement la mme résistance dans toutes les directions. Une couche 10 formée d'un ruban de verre est disposée autour du corps et entourée de deux couches 11 et 12 d'un ruban acrylique, afin de protéger la surface externe du tuyau.
On voit que les rubans se recouvrent de manière à former des couches supplémentaires dans des régions localisées, de manière qu'en aucune place le nombre de couches soit inférieur à celui requis.
La largeur d'un ruban acrylique est représentée approximativement par la cote A de la fig. 1, et la largeur du ruban de verre par la cote B. Pour produire les arrangements représentés des couches, le pas des rubans dans les couches internes 1 à 5 est in diqué en C : et celui des rubans dans les couches ex- ternes 10 à 12 en D.
On voit que les bords du ruban acrylique 1 et du ruban de verre 3 sont alignés (fig. 1) en des zones 12' qui sont placées sur les bords de fuite de ces rubans. En d'autres mots, le mandrin autour duquel les rubans sont enroulés lors de la fabrication du tuyau se déplace vers la gauche par rapport aux rubans quand on regarde la fig. 1. Lors de l'enroulement des couches externes 10 à 12, le mandrin est déplacé vers la droite par rapport aux rubans et les bords de fuite des deux rubans sont décalés de la longueur E, le ruban acrylique étant le plus extérieur.
La dimension C est sensiblement égale à B/2 et à
A/3 ; la dimension D est approximativement égale à 2B/3 et à A/2.
Si cette dimension C est égale à 15,2 cm (6") ou à 10,2 cm (4"), les largeurs du ruban acrylique et du ruban de verre seront respectivement de 22,9 (9") et 15,2 cm (6") (soit dans le rapport 3/2). Ces rubans peuvent tre utilisés pour des tuyaux présentant un diamètre interne de 15 à 46 cm et plus.
La fig. 2 montre comment on enroule un ruban acrylique 13 et un ruban de verre 14 sur un mandrin 15 pour produire les couches 1 à 5 représentées à la fig. 1.
La fig. 3 montre comment on enroule un ruban acrylique 13a et un ruban de verre 14a pour obtenir les couches 10 à 12 de la fig. 1.
On peut obtenir de multiples arrangements de couches par un choix approprié de la largeur des rubans et par des divers enroulements.
L'enroulement des rubans peut tre assuré en faisant tourner une tte d'enroulement et le mandrin par rapport à une base fixe. Dans ce cas il est possible, si la base porte une réserve de fibre pour former le corps du tuyau, d'enrouler au moins une partie de cette fibre pendant l'enroulement des rubans qui constituent les couches internes du tuyau.
Par l'emploi d'une telle tte, les rubans peuvent former un angle d'hélice différent ou tre enroulés en sens opposé par rapport au premier enroulement de fibre de verre.
Le ruban acrylique est de préférence un tissu en carré connu sous le nom de Courtelle CL7 1 (marque déposée). Le ruban de fibre de verre est de préférence conforme aux normes anglaises (British Standard) DTD 5518iS2/150/E, et caramélisé; il peut tre constitué d'un tissu de verre de 0, 225 mm d'épaisseur et d'un tissu de satin.
La fig. 4 montre l'appareil permettant de former le tuyau sur le mandrin 15. Cet appareil comprend un tambour 16 monté sur une base fixe 17 (représentée partiellement seulement) et autour duquel peut tourner un anneau 18 formant une partie d'une tte d'enroulement. Deux barres 19 et 20 diamétralement opposées sur l'anneau 18 portent des bobines 21 et 22, respectivement, dont la position est réglable sur les barres. Une bobine 23 pour la fibre de verre est portée par des supports 24 et 25 qui sont montés sur la base fixe 17 par des moyens non représentés.
Pendant l'enroulement, le mandrin 15 est déplacé axialement dans la direction de la flèche 26 par rapport à la base et à la tte d'enroulement, et il tourne dans le sens indiqué par la flèche 27 par rapport à la base. La tte d'enroulement tourne dans le sens de la flèche 28 par rapport à la base, à une vitesse inférieure à la vitesse de rotation du mandrin. On a ainsi une rotation relative entre la tte d'enroulement et le mandrin, de sorte que les rubans 29 et 30 imprégnés de résine provenant des bobines 21 et 22 sont enroulés autour du mandrin en se recouvrant de manière à produire l'arrangement représenté à la fig. 1.
En mme temps que les rubans sont enroulés autour du mandrin, une fibre de verre 31 provenant de la bobine 23 est enroulée sur les rubans. La fibre est imprégnée de résine sur son trajet à partir de la bobine, par des moyens non représentés. Après une course du mandrin pendant laquelle la fibre et les rubans sont enroulés, on peut continuer à enrouler la fibre en supprimant les rubans et en donnant au mandrin un mouvement alternatif axial tout en le faisant tourner toujours dans le mme sens.
La tte d'enroulement est entraînée par une courroie 32 passant sur une poulie motrice 33. La vitesse et le sens de rotation de la poulie peuvent tre modifiés de sorte qu'on peut obtenir toute relation de vitesse désirée entre le mandrin, la tte d'enroulement et la bobine 23.
Après enroulement des rubans 29 et 30 et du nombre requis de couches de la fibre 31, on enroule deux autres rubans imprégnés de résine autour de l'enroulement de fibres pour produire les couches externes du tuyau. Ce dernier est ensuite soumis à un procédé connu pour traiter la résine et lier les diverses couches du tuyau ensemble, puis le mandrin est retiré.
Le tuyau peut comprendre de préférence des couches protectrices internes d'un tissu de fibres acryliques et d'un tissu de verre ayant au total une épaisseur de 1,25 mm. Les couches protectrices externes peuvent aussi présenter une épaisseur totale de 1,25 mm, y compris un revtement superficiel de résine appliqué dans un stade final de la fabrication.
Les enroulements du corps en fibre de verre peuvent avoir une épaisseur de 1,9 à 25 mm ou plus pour des tuyaux d'un diamètre interne de 15 cm ou plus.
L'effet de la couche de tissu est d'empcher la création d'efforts fortement localisés dans la couche interne, à la suite d'un choc donné à l'extérieur du tuyau et pouvant entraîner des craquelures. Le tissu doit présenter une maille fine pour avoir le meilleur effet possible. Dans la plupart des tuyaux de fibre liée par une résine, la fibre est incorporée par enroulement et ces tuyaux présentent dans la couche la plus intérieure de l'enroulement un manque de résistance dans plus d'une direction. Cependant, les tuyaux peuvent tre construits d'une autre manière, par exemple de manière à présenter une fibre de corps sous forme d'un ruban ou d'une nappe obtenu par tissage, tricotage ou feutrage, qui peut présenter une plus grosse maille que le tissu formant la seconde couche. La fibre du tissu formant la seconde couche est de préférence en verre.
La fibre du corps est de préférence en verre également, mais on peut utiliser d'autres fibres comme un fil de coton ou une forte fibre de polyester.
La couche interne présente de préférence des fibres s'étendant dans au moins deux directions. Une fibre particulièrement appropriée pour la couche interne est la fibre acrylique, de préférence liée par une résine polyester. D'autres fibres peuvent tre utilisées, par exemple certaines fibres synthétiques qui assurent une résistance nécessaire à l'abrasion et à l'attaque chimique quand elles sont liées par une résine, comme le nylon et les fibres polyester connues sous le nom de Terylène (marque déposée).
La couche interne est de préférence tissée. I1 est avantageux d'utiliser des rubans tissés qui peuvent tre enroulés facilement sur le mandrin, les tours successifs se recouvrant partiellement. On peut utiliser aussi des nappes tissées. I1 est également possible d'employer des fibres tricotées ou feutrées. Les fibres peuvent tre sous forme de filaments continus ou de brins.
La succession préférée des couches est la suivante: 1) deux couches d'un ruban de fibre acrylique liée
par une résine, la surface interne de ces cou
ches constituant la surface interne du tuyau; 2) une couche d'un ruban de fibre de verre liée par
une résine; 3) une couche d'un ruban de fibre acrylique liée par
une résine; 4) une couche d'un ruban de fibre de verre liée par
une résine, puis un enroulement de fibre de verre
liée par une résine, constituant le corps du tuyau.
La méthode la plus simple mais la plus longue pour l'enroulement est d'enrouler chaque couche séparément et de l'imprégner avec la résine pendant que l'enroulement s'effectue.
Le procédé décrit plus haut est plus rapide.
L'une des bobines peut porter un ruban acrylique et l'autre un ruban de fibre de verre, les rubans étant imprégnés de résine avant de quitter leur bobine.
L'enroulement des deux rubans se fait simultanément. Si la largeur des rubans est la mme, on peut enrouler simultanément une couche de chaque ruban sur le mandrin, la fibre de verre du tuyau étant enroulée ensuite.
Une méthode d'enroulement encore plus développée, capable de donner plusieurs épaisseurs de ruban acrylique sur la surface interne du tuyau soutenues par au moins une épaisseur de ruban de fibre de verre, consiste à utiliser un ruban acrylique et un ruban de fibre de verre de largeurs différentes et à leur donner une translation par tour du mandrin (autrement dit un pas) qui est inférieure à la largeur du plus étroit des deux rubans.
Dans un cas particulier, la largeur du ruban acrylique pour former la surface interne du tuyau est de 15,2 cm et celle du ruban de fibre de verre de 10,2 cm, le pas étant de 4,45 cm. Les deux rubans sont enroulés simultanément de manière que leurs bords de fuite soient alignés l'un avec l'autre et que le ruban de verre soit à l'extérieur, et ils sont avancés axialement relativement au mandrin, de préférence en déplaçant ce dernier, de 4,45 cm par tour.
Dans ce cas, on obtient à l'aide de deux rubans seulement deux couches internes de ruban acrylique, puis une couche de ruban de fibre de verre, puis une couche de ruban acrylique, et une couche finale de ruban de fibre de verre. Les enroulements de fibre de verre constituant le corps du tuyau sont effectués ensuite jusqu'à l'épaisseur désirée.