Procédé de fabrication d'un tube de section non circulaire en matière thermoplastique,
tube obtenu par ce procédé, et appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé
La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un tube de section non circulaire en ma- tière thermoplastique, un tube obtenu par ce procédé et un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé.
On a déjà fabriqué des tubes en plastique, de section rectangulaire ou polygonale, par extrusion, au moyen de filières et de dispositifs de formage appropriés, ainsi que par soudage ou collage de feuilles de matière plastique. Les procédés par extrusion présentent de nombreuses difficultés, notamment pour robtention d'une paroi rectiligne du tube, et les procédés de soudage et de collage sont assez coûteux.
Le but de la présente invention est de fournir un procédé simple et pratique pour la fabrication de tubes de section non circulaire en matière thermoplastique à partir de tubes de section circulaire disponible sur le marché, jouant le rôle d'ébauches.
Le procédé suivant l'invention est caractérisé par le fait qu'on chauffe une ébauche tubulaire, en matière thermoplastique, à une température au moins égale à son point de ramollissement, applique à l'intérieur de rébau- che ainsi chauffée des pièces de formage allongées agencées de manière à pouvoir être déplacées vers l'extérieur, radialement par rapport à l'axe de l'ébauche, produit Expansion de ces pièces de formage de façon à étirer radialement l'ébauche en vue d'obtenir la forme de section désirée du tube, et stabilise cette forme par refroidissement du tube.
Le tube obtenu par ce procédé est caractérisé par le fait que sa matière est orientée, à la suite de l'étirage radial qu'elle a subi, dans une direction perpendiculaire à son axe.
L'appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé est caractérisé par le fait qu'il comprend des pièces de formage allongées, agencées de manière à pouvoir se déplacer parallèlement à elles-mêmes dans une direction radiale par rapport à un axe central auquel elles sont parallèles, et des moyens permettant de produire le déplacement simultané desdites pièces de formage.
Plusieurs exemples de modes de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention sont décrits ci-après, le dessin représentant, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'appareil suivant l'invention et une forme d'exécution du tube.
La fig. 1 est une vue en élévation d'une partie d'un appareil pour le formage de tubes de section non circulaire.
La fig. 2 est une vue en bout de cet appareil.
La fig. 3 est une vue en élévation de l'appareil représenté en cours de formage d'un tube.
La fig. 4 est une vue en bout de l'appareil et du tube après formage, et
La fig. 5 est une vue en perspective du tube.
On utilise, pour la mise en oeuvre du présent procédé, comme ébauche du tube profilé à obtenir, un tube de section circulaire, en matière thermoplastique, d'épaisseur de paroi de 0,5 mm ou plus, mais inférieure toutefois à 20 mm. En effet, on a constaté que si l'épaisseur du tube circulaire est inférieure à 0,5 mm, le produit obtenu est facilement déformable et ne convient pas pour la plupart des applications, alors que si l'épaisseur de l'ébauche est supérieure à 20 mm, l'étirage et même le chauffage sont difficiles à effectuer de façon satisfaisante.
Les matières thermoplastiques les plus appropriées pour l'ébauche tubulaire sont le chlorure de polyvinyle rigide, le chlorure de polyvinyle qualité choc, et l'ABS, qui est un terpolymère de styrène, butadiène et acrylonitrile. Les matières suivantes sont également utilisables avec succès: le chlorure de polyvinyle plastifié, polyéthylène, polypropylène, copolymère éthylène-propylène, copolymère styrène-butadiène, terpolymère styrènebutadiène-méthacrylate de méthyle, ainsi que les résines modifiées des polymères ci-dessus.
Le chauffage de l'ébauche, première phase du présent procédé, doit être soigneusement réglé. En effet, un chauffage régulier est essentiel pour la fabrication de tubes de qualité, ayant une épaisseur de paroi et une orientation régulières. L'ébauche tubulaire en matière thermoplatique est chauffée dans un liquide chaud, choisi comme n'étant ni un solvant, ni un agent gonflant de la matière utilisée. Elle peut également être chauffée dans un four muni de corps de chauffe électriques s'étendant sur toute sa paroi intérieure, ou de brûleurs à combustible régulièrement répartis. On peut utiliser, comme combustible, du kérosène ou une-huile lourde, mais l'essence ou un gaz de pétrole liquéfié conviennent également.
Dans certains cas, lorsque la matière plastique est du PVC plastifié ou du polyéthylène basse densité, on peut utiliser la vapeur comme fluide chauffant.
Des rayons, en métal ou autre substance résistant à la chaleur, sont disposés dans le four, pour la réception des tubes. La température du four est réglée au-dessus du point de ramollissement de la matière utilisée, qui diffère habituellement d'une qualité à une autre, pour la même résine.
Les températures préférées sont indiquées ci-dessous, à titre d'exemple, pour différentes résines:
Chlorure de polyvinyle rigide 110oC-1500C
Polyéthylène basse densité 900 C - 1250 C
Polyéthylène haute densité 1200 C - 1400 C
Polypropylène 1400 C - 1600 C
Résine ABS 1200 C - 1600 C
Chlorure de polyvinyle plastifié
(10 0/o de plastifiant) 600C-70OC
Après chauffage, l'ébauche est retirée du four et est expansée au moyen de pièces de formage allongées, appliquées parallèlement à l'ébauche, à l'intérieur de celleci. Ces pièces de formage sont déplacées vers l'extérieur radialement par rapport à l'axe de l'ébauche, de sorte qu'elles étirent sa paroi.
Les fig. 1, 2 et 3 illustent une forme d'exécution de l'appareil de formage dans laquelle les pièces de formage sont constituées par quatre barres ou barreaux profilés 4, en forme de cornières disposés parallèlement les uns aux autres, et qui forment ensemble un parallélépipède à base carrée. Un arbre rotatif 2 est placé sur l'axe de ce parallélépipède. Cet arbre est divisé en sections filetées alternativement dans un sens et dans l'autre et est muni, à une de ses extrémités, d'une poignée 1 permettant de le faire tourner. Cet arbre porte des écrous 3, taraudés, à raison d'un écrou par section filetée, reliés chacun aux barreaux d'expansion 4 par des biellettes 6, d'égale longueur. Les biellettes 6 sont articulées à leurs extrémités, en 5 et 7, respectivement sur les écrous 3 et sur les barres 4.
Ainsi, lorsqu'on tourne la
manivelle 1, les barreaux 4 se déplacent radialement en
un mouvement de translation, et restent parallèles à
l'axe 2.
La fig. 4 représente l'état d'étirage final du tube A,
les barreaux occupant leur position d'expansion maxi
mum.
Lorsque la forme désirée de la section du tube est
obtenue, les barreaux d'expansion sont maintenus en
position jusqu'au refroidissement du tube à une tempé
rature inférieure à son point de ramollissement.
On peut réaliser un mécanisme analogue compor
tant un cylindre ou servo-moteur à huile ou à air, ou
un levier de commande.
Il est possible d'obtenir toute forme polygonale de
tubes, en plus des polygones réguliers, en agençant l'ap
pareil de manière que les pièces de formage se dépla
cent radialement dans des directions réparties angulai
rement de façon inégale par rapport à l'axe central ou se déplaçant de quantités inégales, par exemple au moyen
de biellettes de longueurs différentes d'une pièce de
formage à l'autre.
Une autre façon de former un tube rectangulaire con
siste à utiliser deux pièces de formage, en forme
d'équerre, au lieu de quatre barreaux. La hauteur de
l'aile de la pièce de formage est alors égale à la lon
gueur d'un côté du rectangle désiré.
Les pièces de formage peuvent également être pro
filées de façon à produire des tubes de formes plus
complexes que des tubes à parois planes. Des évase
ments d'extrémité destinés au raccordement des tubes,
par exemple, sont obtenus au moyen de pièces de for
mage appropriées.
La fig. 5 représente une forme d'exécution d'un tel
tube.
Le taux d'étirage doit être choisi soigneusement pour
obtenir des produits de qualité, particulièrement en ce
qui concerne l'épaisseur régulière et la bonne orientation
des parois des tubes. L'expansion maximale possible,
définie par le rapport entre le périmètre du polygone et
la circonférence du tube circulaire initial, dépend beau
coup de la matière utilisée. La valeur préférée du taux
d'expansion pour du chlorure de polyvinyle rigide et de
l'ABS, est comprise entre 1 et 5. Cette valeur est de 1
à 8 pour du chlorure de polyvinyle plastifié, contenant
10 0/o de plastifiant. En général, les polymères non cris
tallins peuvent être étirés davantage que les polymères
cristallins.
La résistance à la traction et la résistance au choc
du tube fabriqué suivant le présent procédé sont supé
rieures à celles du tube d'origine, grâce à l'orientation
biaxiale qui se produit à la suite de l'étirage: en effet,
la matière de l'ébauche est primitivement orientée axia
lement, l'étirage produisant une orientation dans une
direction perpendiculaire à l'axe qui se superpose à
l'orientation initiale.
Le tableau ci-dessous donne les valeurs comparées
entre un tube de chlorure de polyvinyle carré ou rectan
gulaire obtenu par le présent procédé et un tube cir
culaire normal, également en chlorure de polyvinyle.
Tube carré ou rectangulaire
Sens Sens Méthode d'essai
de la longueur de la largeur Tube circulaire A.S.T.M.
Résistance à la traction kg/cm2 à 15 C 595 631 500-550 D. 638-60T Allongement o/o 109 115 100-170 D. 638
Résistance au choc kg cm/cm 9,0 14,4 5,0 D. 256-56
Résistance à la flexion 1015 1036 1000 D. 790-59T
La température et le taux d'étirage sont en relation avec la valeur de la contrainte résiduelle dans la paroi.
I1 est préférable de refroidir le tube à l'atmosphère, ou au moyen d'air frais, plutôt qu'à l'eau froide, pour éviter les fissures ou ruptures.
Exemple
Un tube de chlorure de polyvinyle rigide de 2,55 m de long, 350 mm de diamètre intérieur et 4 mm d'épaisseur de paroi a été chauffé pendant 10 minutes, à 1350 C, dans un four comportant un certain nombre de brûleurs intérieurs, aves du kérosène comme combustible.
Le tube a été retiré du four et immédiatement transféré sur les quatre barreaux d'expansion de l'appareil représenté. La poignée 1 a été tournée, à vitesse constante, pendant une minute, jusqu'à obtention d'un tube carré de 500 mm de côté. On a ensuite laissé refroidir le tube pendant 10 minutes à température ambiante avant de l'enlever de l'appareil. Les deux extrémités du tube ont été coupées de façon à obtenir une bonne finition, car la partie plane de la paroi, aux deux extrémités, présentait des déformations centrales. Le tube final avait 2,4 m de long.
La perte de longueur est habituellement de l'ordre de 5 o/, pour du chlorure de vinyle rigide.
REVENDICATIONS
I. Procédé de formage d'un tube de section non circulaire en matière thermoplastique, caractérisé par le fait qu'on chauffe une ébauche tubulaire, en matière thermoplastique, à une température au moins égale à son point de ramollissement, applique à l'intérieur de l'ébauche ainsi chauffée des pièces de formage allongées agencées de manière à pouvoir être déplacées vers l'ex- térieur, radialement par rapport à l'axe de l'ébauche, produit l'expansion de ces pièces de formage de façon à étirer radialement l'ébauche en vue d'obtenir la forme de section désirée du tube, et stabilise cette forme par refroidissement du tube.
A method of manufacturing a thermoplastic material tube of non-circular section,
tube obtained by this process, and apparatus for carrying out this process
The present invention relates to a process for manufacturing a tube of non-circular section in thermoplastic material, a tube obtained by this process and an apparatus for carrying out this process.
Plastic tubes, of rectangular or polygonal cross section, have already been manufactured by extrusion, using appropriate dies and forming devices, as well as by welding or gluing plastic sheets. The extrusion processes present many difficulties, in particular for obtaining a rectilinear wall of the tube, and the welding and bonding processes are quite expensive.
The aim of the present invention is to provide a simple and practical process for the manufacture of tubes of non-circular section made of thermoplastic material from tubes of circular section available on the market, playing the role of blanks.
The method according to the invention is characterized by the fact that a tubular blank, made of thermoplastic material, is heated to a temperature at least equal to its softening point, applied to the interior of the thus heated rework of the forming parts. elongated so as to be movable outwardly, radially with respect to the axis of the preform, produces Expansion of these forming parts so as to radially stretch the preform to obtain the desired sectional shape tube, and stabilizes this shape by cooling the tube.
The tube obtained by this process is characterized in that its material is oriented, following the radial stretching that it has undergone, in a direction perpendicular to its axis.
The apparatus for carrying out this method is characterized by the fact that it comprises elongated forming pieces, arranged so as to be able to move parallel to themselves in a radial direction with respect to a central axis at which they are parallel, and means for producing the simultaneous movement of said forming parts.
Several examples of embodiments of the method according to the invention are described below, the drawing showing, by way of example, an embodiment of the apparatus according to the invention and an embodiment of the invention. tube.
Fig. 1 is an elevational view of part of an apparatus for forming tubes of non-circular section.
Fig. 2 is an end view of this apparatus.
Fig. 3 is an elevational view of the apparatus shown in the process of forming a tube.
Fig. 4 is an end view of the apparatus and of the tube after forming, and
Fig. 5 is a perspective view of the tube.
For the implementation of the present process, a tube of circular section, made of thermoplastic material, with a wall thickness of 0.5 mm or more, but less than 20 mm, is used as a blank for the profiled tube to be obtained. Indeed, it has been observed that if the thickness of the circular tube is less than 0.5 mm, the product obtained is easily deformable and is not suitable for most applications, whereas if the thickness of the blank is greater at 20 mm, stretching and even heating are difficult to perform satisfactorily.
The most suitable thermoplastics for tubular blanking are rigid polyvinyl chloride, impact grade polyvinyl chloride, and ABS, which is a terpolymer of styrene, butadiene and acrylonitrile. The following materials can also be successfully used: plasticized polyvinyl chloride, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene copolymer, styrene-butadiene copolymer, styrene-butadiene-methyl methacrylate terpolymer, as well as the modified resins of the above polymers.
The heating of the preform, the first phase of the present process, must be carefully regulated. Indeed, regular heating is essential for the manufacture of quality tubes, having regular wall thickness and orientation. The tubular blank of thermoplatic material is heated in a hot liquid, chosen as neither being a solvent nor a swelling agent for the material used. It can also be heated in an oven provided with electric heating elements extending over its entire inner wall, or with regularly distributed fuel burners. Kerosene or heavy oil can be used as fuel, but gasoline or liquefied petroleum gas are also suitable.
In some cases, when the plastic is plasticized PVC or low density polyethylene, steam can be used as the heating fluid.
Racks, metal or other heat-resistant substance, are placed in the furnace, to receive the tubes. The oven temperature is set above the softening point of the material used, which usually differs from one grade to another, for the same resin.
Preferred temperatures are given below, by way of example, for different resins:
Rigid Polyvinyl Chloride 110oC-1500C
Low density polyethylene 900 C - 1250 C
High density polyethylene 1200 C - 1400 C
Polypropylene 1400 C - 1600 C
ABS resin 1200 C - 1600 C
Plasticized Polyvinyl Chloride
(10 0 / o of plasticizer) 600C-70OC
After heating, the blank is removed from the furnace and is expanded by means of elongated forming pieces, applied parallel to the blank, inside it. These forming pieces are moved outward radially with respect to the axis of the blank, so that they stretch its wall.
Figs. 1, 2 and 3 illustrate an embodiment of the forming apparatus in which the forming parts consist of four profiled bars or bars 4, in the form of angles arranged parallel to each other, and which together form a parallelepiped square base. A rotary shaft 2 is placed on the axis of this parallelepiped. This shaft is divided into threaded sections alternately in one direction and the other and is provided, at one of its ends, with a handle 1 allowing it to be turned. This shaft carries nuts 3, threaded, at a rate of one nut per threaded section, each connected to the expansion bars 4 by rods 6, of equal length. The rods 6 are articulated at their ends, at 5 and 7, respectively on the nuts 3 and on the bars 4.
So when we turn the
crank 1, the bars 4 move radially in
a translational movement, and remain parallel to
axis 2.
Fig. 4 represents the final stretching state of tube A,
the bars occupying their maximum expansion position
mum.
When the desired shape of the tube section is
obtained, the expansion bars are kept in
position until the tube cools down to a temperature
erasure less than its softening point.
We can realize a similar mechanism compor
both an oil or air cylinder or servo motor, or
a control lever.
It is possible to obtain any polygonal shape of
tubes, in addition to regular polygons, by arranging the ap
the same so that the forming parts move
one hundred radially in distributed directions angulai
unevenly with respect to the central axis or moving in unequal amounts, for example by means of
connecting rods of different lengths from a
forming to another.
Another way to form a rectangular tube con
sist to use two forming pieces, shaped
square, instead of four bars. The height of
the flange of the forming part is then equal to the length
on one side of the desired rectangle.
Forming parts can also be pro
spun in such a way as to produce more
complex than tubes with flat walls. Flares
end fittings for connecting the tubes,
for example, are obtained by means of hard pieces
appropriate mage.
Fig. 5 shows an embodiment of such
tube.
The stretch ratio should be chosen carefully to
obtain quality products, particularly in
which concerns the regular thickness and the correct orientation
walls of the tubes. The maximum possible expansion,
defined by the ratio between the perimeter of the polygon and
the circumference of the initial circular tube, depends on beautiful
shot of the material used. The preferred value of the rate
expansion for rigid polyvinyl chloride and
ABS, is between 1 and 5. This value is 1
to 8 for plasticized polyvinyl chloride, containing
10 0 / o of plasticizer. In general, non-Cree polymers
tallins can be stretched more than polymers
crystalline.
Tensile strength and impact resistance
of the tube manufactured according to the present process are superior
to those of the original tube, thanks to the orientation
biaxial which occurs as a result of stretching: indeed,
the material of the blank is originally oriented axia
Finally, stretching producing an orientation in a
direction perpendicular to the axis which is superimposed on
initial orientation.
The table below gives the compared values
between a square or rectan polyvinyl chloride tube
gular obtained by the present process and a circular tube
normal ring, also made of polyvinyl chloride.
Square or rectangular tube
Direction Meaning Test method
length of width Circular tube A.S.T.M.
Tensile strength kg / cm2 at 15 C 595 631 500-550 D. 638-60T Elongation o / o 109 115 100-170 D. 638
Impact resistance kg cm / cm 9.0 14.4 5.0 D. 256-56
Flexural strength 1015 1036 1000 D. 790-59T
The temperature and the stretch rate are related to the value of the residual stress in the wall.
It is preferable to cool the tube with atmosphere, or with fresh air, rather than with cold water, to avoid cracking or rupture.
Example
A rigid polyvinyl chloride tube 2.55 m long, 350 mm internal diameter and 4 mm wall thickness was heated for 10 minutes, at 1350 C, in an oven having a number of internal burners, with kerosene as fuel.
The tube was removed from the oven and immediately transferred to the four expansion bars of the apparatus shown. The handle 1 was rotated, at constant speed, for one minute, until a square tube with a side of 500 mm was obtained. The tube was then allowed to cool for 10 minutes at room temperature before removing it from the apparatus. The two ends of the tube were cut so as to obtain a good finish, since the flat part of the wall, at both ends, had central deformations. The final tube was 2.4 m long.
The loss in length is usually on the order of 5%, for rigid vinyl chloride.
CLAIMS
I. Method of forming a tube of non-circular section in thermoplastic material, characterized in that a tubular blank, in thermoplastic material, is heated to a temperature at least equal to its softening point, applied inside of the thus heated blank of the elongated forming pieces arranged so as to be movable outwardly, radially with respect to the axis of the blank, produces the expansion of these forming pieces so as to stretch radially the blank in order to obtain the desired cross-sectional shape of the tube, and stabilizes this shape by cooling the tube.