Procédé et appareil pour la fabrication de tubes en polyamides avec gaine extérieure
et tubes ainsi obtenus
La présente invention concerne l'application sur un tube en polyamide d'une gaine (tressée ou soutachée) en fibres synthétiques textiles de matière plastique.
L'invention offre un intérêt tout particulier pour l'application d'un revêtement superficiel d'une fibre textile synthétique sur la surface extérieure d'un tube en polyamide obtenu par extrusion, le mode de liaison entre le tube et la masse tissée qui le recouvre, selon un moyen ci-dessous décrit, donnant un tube de grande résistance, très flexible et offrant une grande variété de cas d'application.
La technique de fabrication des tubes de polyamide obtenus par l'extrusion est bien connue, mais il ne semble pas exister dans le commerce de types de tubes gainés donnant satisfaction.
L'invention a pour objet un procédé d'application, sur la surface d'un tube en polyamide, d'un revêtement sous forme de gaine établie en fibres tissées ou soutachées en matière textile de synthèse, à base de polyamide ou de polyester en chaîne droite et à poids moléculaire élevé, procédé caractérisé par ce qu'on fait passer le tube à travers un bain d'un agent solvant à l'égard du tube, capable d'en plastifier la surface, après quoi on procède à l'application des fibres par passage du tube à travers une machine de gainage pendant que la surface du tube conserve sa plasticité, puis on le passe à travers un bain aqueux propre à enlever l'excédent de l'agent solvant et à stabiliser le produit, ce qui donne un tube résistant et de grande flexibilité.
Le tube en polyamide, recouvert d'un revêtement tissé, a une résistance à l'éclatement sensiblement augmentée et il possède en même temps un plus grand degré de flexibilité ainsi qu'une durée de vie plus grande en ce qui concerne la fatigue par flexions répétées.
Le tube du genre indiqué avec gaine tissée est capable de résister fortement à l'abrasion. I1 se prête de manière remarquable à un évasement à chaud avec application sur ce tube d'une gaine ou d'un raccord d'accouplement sur la partie ainsi évasée.
Dans un tel tube gainé seules les fibres ou filaments de la gaine tressée se situant au voisinage du tube ont une jonction effective avec le tube, alors que le restant des fibres ou filaments de la gaine appliquée qui les entourent sont libres de se déplacer et de glisser les uns par rapport aux autres, ce que l'on peut considérer comme étant un facteur important pour éviter toute rigidité et une détérioration physique indue résultant de l'abrasion en usure entre fibres voisines.
On peut donner au tube gainé, au cours de sa fabrication dans des conditions normales, toute coloration désirée, en évitant de procéder, à cette fin, à une opération distincte.
Il ne présente aucun risque d'enchevêtrement de la gaine qui le recouvre, lorsque le tube est déployé aux longueurs voulues ou lorsqu'il est soumis, au cours de son service, à une abrasion mécanique.
La gaine tressée est susceptible de s'appliquer en couches multiples sans porter préjudice aux qualités et caractéristiques que l'on désire conférer à chaque couche.
L'invention concerne également un appareil pour la mise en application du procédé ci-dessus, comportant un bain au résorcinol, une machine de gainage, un bain aqueux de stabilisation ainsi que des dispositifs pour faire passer successivement à travers les éléments cités et dans l'ordre indiqué.
Elle s'étend en outre aux tubes de polyamides obtenus par le procédé ci-dessus.
La description qui suit se rapporte à des modes de réalisation de l'invention exposés avec référence au dessin joint dans lequel:
La fig. 1 représente une section, en élévation, d'un appareil pour l'exécution de l'invention.
La fig. 2 est une vue en plan de la fig. 1.
La fig. 3 représente une coupe à travers le tube gainé terminé, avec une partie découpée pour illustrer certains détails de construction.
La fig. 4 est une section transversale partielle, à une échelle agrandie, d'un tube recouvert d'une gaine formant une seule couche.
La fig. 5 représente une coupe semblable à celle de la fig. 4, avec la gaine formant une double couche autour du tube.
Pour plastifier la surface du tube, on prépare un bain d'un agent plastifiant approprié, de préférence une solution aqueuse de résorcinol, produit dont il a été reconnu qu'il fournit d'excellents résultats. Le bain est contenu dans un réservoir 7 approprié, comportant des moyens de chauffage 8, si bien que le bain 9 de résorcinol peut être maintenu à n'importe quelle température désirée. Ce réservoir est, de préférence, muni d'un couvercle 10, à travers lequel on peut faire passer une jauge plongeant dans le bain et permettant de mesurer le poids spécifique de ce bain.
On a reconnu que les résultats les meilleurs sont obtenus lorsque le bain de résorcinol possède un poids spécifique compris entre 1,045 et 1,051 lorsqu'il se trouve à la température de 650 C. Le poids spécifique change évidemment- en fonction de la température, diminuant à mesure que la température s'élève.
Il y a également lieu de songer que toute évaporation d'eau augmente le poids spécifique du bain de résorcinol. Dans le but d'éviter une évaporation trop rapide de l'eau on suggère de recouvrir la surface du bain de balles en polyéthylène jusqu'à une profondeur voisine de 6 à 7 mm. De telles balles flottent à la surface du bain et empêchent toute évaporation rapide de l'eau. On peut aussi se servir d'une toile métallique dans ce même but.
Le tube en polyamide 12. est introduit dans le réservoir par la gauche, ainsi qu'on le voit dans les fig.
1 et 2 et on le fait passer au-dessous de rouleaux de guidage 13 qui ont pour but de maintenir le tube audessous de la surface du bain. Le cheminement a lieu, évidemment, de gauche à droite ainsi que l'indiquent les flèches de la fig. 1.
Ainsi qu'il apparaît sur le dessin, le réservoir est relativement long par rapport à sa profondeur, mais on peut faire varier ce rapport dans la mesure commandée par des considérations pratiques, le facteur dirimant étant l'action plastifiante du résorcinol sur la surface du tube, qui est une fonction conjointe de temps et de température. Lorsque le bain est relativement froid - par exemple, aux environs de la température ambiante - il est évidemment nécessaire que le tube soit maintenu dans le bain pendant un temps plus long qu'à des températures élevées. Ce facteur de température sera discuté plus à fond dans ce qui suit.
Lorsque la surface du tube se trouve convenablement plastifiée, elle sort du réservoir contenant le résorcinol et se rend immédiatement dans une machine de gainage 14 appropriée, qui peut être d'un type quelconque connu dans la technique.
L'angle de gainage selon lequel les fibres sont appliquées sur le tube dépend de l'usage auquel on destine le produit fini. Considéré du point de vue pratique, l'angle de gainage peut varier depuis environ 281) jusqu'à atteindre 50) et même davantage.
L'angle selon lequel on préfère appliquer la tresse de gainage est de 420. On sait que l'angle de gainage est dénommé angle d'hélice et qu'avec un angle se trouvant entre 38" et 42", le tube ne subira qu'un très faible étirage ou étrécissement dans l'effet d'une pression interne. En dépassant 420 comme angle d'hélice, le tube tend à se contracter lorsqu'il est soumis à une pression interne, tandis qu'en réduisant l'angle d'hélice au-dessous de 380, le tube mis sous pression tend à s'allonger. Des résultats d'expérience montrent également que la résistance du tube à l'éclatement peut diminuer un peu, lorsque l'angle d'hélice tombe au-dessous de 34) ou lorsqu'il dépasse 50". Il semble bien que, entre les limites indiquées, la résistance du tube à l'éclatement se maintient sensiblement constante.
La considération de l'angle d'hélice de gainage prend, dans le cas présent, une importance considérable, si on compare avec le cas, par exemple, de l'angle de gainage pour des manches de type usuel pourvues d'une garniture métallique. Avec une garniture de ce genre, toute augmentation ou toute diminution de la longueur de la manche tend à endommager la garniture métallique par suite des effets de frottement et d'abrasion qui se produisent lorsque les brins de la garniture métallique viennent se frotter les uns sur les autres.
Un inconvénient de ce genre est entièrement éliminé en ayant recours au type de tube gainé selon l'invention, parce que la matière de revêtement résiste très fortement à l'abrasion, au point que les caractéristiques de fatigue se révèlent, dans ce type de tube plusieurs fois supérieures à celles des manches de type ancien renforcées par des fils métalliques.
Une fois que l'on a terminé l'opération de gainage, le tube gainé 12a peut être enroulé autour d'une roue 15, puis conduit à travers une zone de stabilisation, laquelle, selon la pratique préférée, prend la forme d'un récipient plat et allongé 16 contenant un bain d'eau chaude 17, avec passage du tube sur des rouleaux de guidage 18 montés dans le réservoir et qui servant à maintenir le tube au-dessous de la surface de l'eau.
Le bain a pour effet de stabiliser le produit en le débarrassant de tout excédent d'agent plastifiant susceptible de rester présent et, ainsi, d'éviter toute dégradation ultérieure possible du produit fini. L'action de ce bain est double : (1) tout excès de résorcinol se dissout dans l'eau chaude et se trouve ainsi enlevé et (2) la chaleur du bain accroît l'effet plastifiant du résorcinol. Il y a donc une tendance à une plastification plus profonde de la surface du tube en polyamide, ainsi qu'à une plastification des fibres de la gaine qui se trouvent proches de la surface du tube.
De cette manière, il s'établit une liaison intime par la fusion entre ces deux surfaces. Il convient aussi de noter que l'effet du bain d'eau peut aussi être considéré du point de vue qu'il facilite l'enlèvement de l'excédent de résorcinol, en lui permettant de réagir plus aisément, à la fois avec la couche interstitielle de polyamide et la fibre qu'on y applique. Ce qui se passe, semble-t-il, c'est qu'une certaine proportion tout au moins du résorcinol est ainsi écartée de la surface et sert ainsi à renforcer la liaison.
La température du bain d'eau 17 devrait être maintenue entre les limites approximatives de 650 C et 1000 C, de préférence aux environs de 740 C, cette dernière température s'étant révélée comme donnant d'excellents résultats.
La durée de séjour du tube gainé dans le bain d'eau dépendra, bien entendu, de sa température, ainsi que de la quantité d'agent plastifiant en excédent qu'il s'agit d'enlever. C'est pourquoi la dimension du récipient à eau chaude doit être proportionnée à la vitesse de déplacement du tube gainé, de manière à ce qu'il puisse y séjourner pendant le temps voulu pour donner les résultats désirés. Après que la chaleur voulue aura été fournie pour obtenir la stabilisation complète désirée, le tube gainé peut évidemment être retiré du bain et séché pour enlever l'humidité, puis mis en magasin sous n'importe quelle forme appropriée ou désirable.
Le passage dans ce bain d'eau stabilisant offre un avantage additionnel en ce que, lorsqu'on désire que le produit ait une autre couleur, on peut incorporer au bain une matière colorante, de manière à procéder à une coloration pendant l'opération de stabilisation, évitant ainsi une étape de traitement additionnelle.
En appliquant une gaine de polyamide sur un tube en polyamide, il peut parfois être avantageux d'établir la gaine protectrice en plus d'une couche, ce qui se fait facilement en répétant le processus déjà décrit, notamment en traitant le tube déjà recouvert de sa première couche dans le bain de résorcinol en y appliquant une couche additionnelle suivie d'une nouvelle stabilisation conformément à ce qui a déjà été décrit.
Dans les cas d'application comportant l'usage d'une gaine en polyamide sur un tube en polyamide de type polyhexaméthylène adipamide, il est parfaitement possible d'utiliser un bain sans chauffage, c'est
à-dire d'opérer à la température ambiante. Cepen
dant, étant donné que l'effet du bain repose sur un
rapport entre temps et température, il se peut qu'en opérant à la température ambiante, le travail soit trop
lent pour convenir à certaines techniques de fabrication. On serait par exemple amené à donner au récipient 7 une longueur excessive ou alors à avoir recours à une allure de cheminement trop lente. C'est la raison pour laquelle on préfère chauffer le résorcinol selon la description précédente.
Les tubes établis en polyhexaméthylène adipamide fournissent d'excellents résultats en portant le bain de résorcinol à une température sise entre 600 C et 710 C, alors que, dans le cas d'une gaine de type polycaprolactame il vaut mieux porter le bain à une température quelque peu plus élevée - disons aux environs de 820 C.
Etant donné que le bain a pour but de plastifier la surface du tube, ce dernier doit pouvoir séjourner dans le bain à n'importe quelle température parmi les températures choisies jusqu'à l'obtention d'un effet plastifiant suffisant pour que la surface ramollie puisse établir un lien avec les fibres de la gaine qui se trouvent relativement proches de cette surface. Audelà de cette zone, les autres fibres formant la gaine ne sont pas collées à la surface ou empâtées dans cette dernière, si bien qu'elles ne perdent pas leur qualité de se mouvoir librement les unes sur les autres et, de ce fait, elles n'empêchent nullement la flexibilité de la gaine considérée dans son ensemble.
La technique utilisée en liaison avec cette invention se prête avec une extrême facilité à l'obtention de ce résultat, étant donné qu'il a été reconnu que le degré de plastification ainsi obtenu est tel qu'il n'intéresse que la première couche de fibres de la gaine. Ainsi donc, pratiquement toutes les fibres se trouvant au-delà ou dépassant la zone encollée ont pleine liberté de se déplacer et de glisser les unes sur les autres. La conséquence en est que le tube gainé conserve sa flexibilité et résiste pendant plus longtemps à l'effet de fatigue par flexion qu'un produit similaire dans lequel la totalité des brins ou fibres individuels auraient été encollés les unes sur les autres, indépendamment de l'encollage des couches internes sur le tube même.
Les fig. 3 à 5 illustrent la nature des relations structurelles résultant de l'application d'une gaine sur un tube en polyamide selon le processus ci-dessus décrit. Les figures 3 et 4 illustrent le cas d'un tube avec gaine unique, tandis que la fig. 5 illustre celui d'un tube avec double gaine de revêtement. La couche plastifiée est représentée par 12b et les fibres qui lui sont immédiatement adjacentes sont indiquées par la ligne fortement ombrée 12c, tandis que les autres fibres formant la couche de tissu sont indiquées par la référence 12d.
Dans la fig. 5 une seconde couche de gaine a été appliquée sur la première et, dans cette même figure, la couche de fibres les plus externes de la première gaine ont été plastifiées ainsi qu'il est indiqué en 12 bb tandis que les fibres intérieures de la gaine superficielle sont représentées en 12 cc, enfin que la couche finale de fibres faisant partie de la gaine extérieure et qui ont toute liberté de se déplacer l'une sur l'autre est représentée en 12 dd.
Dans les fig. 3 à 5 inclusivement, et plus spécialement dans les fig. 4 et 5, il va de soi, évidemment qu'il s'agit de représentations schématiques considérablement agrandies dans le seul but de faciliter la compréhension de la nature des résultats obtenus grâce à la présente invention. Il est bien entendu que, en appliquant une seconde gaine par-dessus la première, seules les fibres sises au voisinage de l'extérieur de la première gaine sont plastifiées par le bain de résorcinol, si bien que la flexibilité du produit fini ne se trouve influencée que dans une mesure très faible ou même nulle. En d'autres termes, les fibres de la première couche de gaine qui se trouvent entre les deux zones plastifiées ne sont nullement encollées entre elles et ont pleine liberté de se déplacer l'une par rapport à l'autre.
Il convient de signaler ici que, en appliquant une seconde couche de gaine sur la première il a été trouvé plus avantageux - même dans le cas de l'utilisation d'un tube en polyhexaméthylène adipamide de ne pas tenter d'opérer à des températures trop basses, parce que des résultats meilleurs sont obtenus avec un bain chauffé de résorcinol. De fait, I'emploi d'un bain chauffé de résorcinol est essentiel lors de l'emploi d'une seconde gaine en fibres de caprolactame, vu que le résorcinol n'est pas en état de provoquer une plastification suffisante de ce caprolactame lorsque le bain n'est pas chauffé ainsi qu'il a été dit ci-dessus.
En faisant usage d'un bain en résorcinol à une température élevée en accord avec les enseignements ci-dessus donnés, il est possible de procéder à l'application d'une seconde couche de gaine en suivant exactement les instructions données pour l'application de la première couche gainante.
Ainsi qu'il a été dit, la technique telle qu'elle a été décrite se révèle particulièrement utile lors de l'application d'une gaine de polyamide sur un tube en polyamide. Elle peut, toutefois, être utilisée aussi lors de l'application d'une gaine de fibres en polyester du genre de celles qui résultent du traitement d'acide téréphtalique par du glycol éthylénique, en dépit de la circonstance que le bain de résorcinol ne possède aucune action plastifiante sur des fibres de ce genre.
De ce chef, Ie genre d'encollage réalisé n'offre pas le même caractère, c'est-à-dire qu'il ne comporte aucune fusion entre la surface du tube et les fibres, fournissant seulement une liaison de caractère physique ou mécanique. C'est la raison pour laquelle il importe de s'assurer que la surface du tube - soit donc, le noyau intérieur - se trouve plastifié de manière très complète et, de préférence à un degré supérieur à ce qu'il serait nécessaire d'obtenir en appliquant une gaine en polyamide. C'est pourquoi dans le cas de gaines de type polyester, il est important que le bain de résorcinol soit chauffé jusqu'à une température voisine du maximum ci-dessus indiqué comme limite supérieure et, de préférence jusqu'au voisinage de 820 C.
De cette manière la couche plastifiée à la surface du tube en polyamide aurait une profondeur suffisante pour entourer la première couche des fibres de la gaine. Ceci établirait une liaison ou encollage très satisfaisant pour de nombreuses applications et laisserait les couches extérieures de la gaine libres de glisser les unes sur les autres, ainsi qu'il a été dit précédemment.
En procédant à la mise en place de gaines dérivées de la réaction de l'acide téréphtalique et du glycol éthylénique, on devrait maintenir à un minimum le temps entre le moment auquel le tube sort du bain de résorcinol et le moment de l'application de la gaine, de manière à ce que le passage de l'un à l'autre soit suffisamment court pour ne provoquer aucune perte de plasticité. Cette circonstance contribuera à assurer un bon encollage.
Dans le cas de fibres établies à base de la réaction entre acide téréphtalique et glycol éthylénique, il convient de faire observer que l'application d'une seconde couche de gaine n'est pas pratique en adoptant la technique selon la description qui a été faite, étant donné que le bain de résorcinol n'exerce aucune action plastifiante sur des fibres de ce genre.
Pour exécuter la présente invention il est possible de faire usage d'une gaine contenant un mélange de fibres de polyamide et de fibres de polyester du type cité. Des mélanges de ce genre offrent un grand nombre d'avantages en plus de ceux qui ont été déjà signalés. Une fibre à base de polyester préparé au départ d'acide téréphtalique et de glycol éthylénique possède une ténacité quelque peu supérieure à celle du polyamide et elle est également un peu moins élastique. En conséquence, en mélangeant les deux fibres, on obtiendra un article qui résiste un peu mieux à l'éclatement. Il se peut, cependant qu'un tel mélange fournisse un produit légèrement moins flexible, bien que pour un certain nombre d'usages ce fait ne constituerait pas un facteur éliminatoire.
Un mélange ou combinaison des deux types de matière de gainage par tresse ou soutache peut se présenter en nombreuses variantes en ce qui concerne la proportion dans laquelle intervient chaque élément, étant entendu que de bons résultats pratiques ont été obtenus en faisant varier la proportion de polyamide dans le mélange entre 5 , % et 50 %. Il reste évidem- ment entendu que le polyamide se prête à un mode d'attache ou d'encollage rappelant la fusion, ainsi qu'il a été décrit ci-dessus, résultat que l'on obtient à un degré d'autant plus prononcé que la proportion de polyamide mise en oeuvre est plus grande.
Il va de soi qu'un mode d'encollage par fusion présente une sécurité plus grande qu'un mode d'attache purement mécanique, si bien que le facteur qui déterminera le pourcentage de polyamide à mettre en oeuvre comme composition d'une gaine mixte sera le degré de fusion que l'on estimera désirable pour répondre au but que l'on se propose d'atteindre comme qualité de l'objet fini recherché.
On peut se rendre compte, d'après ce qui précède, qu'un tube de polyamide entouré d'une gaine selon le procédé de l'invention sera à la fois fort et flexible. Il se prêtera avec une facilité remarquable à un gonflement et à l'application de joints ou couplages obtenus par gonflement, si bien que les divers éléments de tube peuvent être reliés entre eux selon les modalités d'emploi qu'on en attend. Le tube ne s'effile pas lorsqu'on le sectionne selon les longueurs voulues ou lorsque les surfaces gainées sont soumises à des efforts d'abrasion suffisantes pour causer des ruptures. Enfin, un tube établi de la sorte s'adapte facilement à des usages extrêmement variés et, en fait, il peut se substituer avantageusement à d'autres types de tubes gainés moins parfaits utilisés dans la technique connue à ce jour.
Pour tel but déterminé, il peut être établi avec des dimensions d'ensemble très réduites sans nuire à sa capacité de transport et, en conséquence, son poids sera inférieur à celui d'autres types de tubes gainés.