FR2554762A1 - Procede de controle de l'uniformite des proprietes d'une mousse de matiere plastique - Google Patents

Procede de controle de l'uniformite des proprietes d'une mousse de matiere plastique Download PDF

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Abstract

L'INVENTION CONCERNE LE CONTROLE DES PROPRIETES DES MOUSSES DE MATIERE PLASTIQUE. ELLE SE RAPPORTE A UN PROCEDE DE CONTROLE EN TEMPS REEL DE LA QUALITE D'UNE MOUSSE DE MATIERE PLASTIQUE FORMEE DANS UNE CAVITE. SELON L'INVENTION, UN THERMOGRAMME D'UNE PAROI DE LA CAVITE DANS LAQUELLE LA MOUSSE EST FORMEE INDIQUE, PAR DES IRREGULARITES DU FLUX THERMIQUE DE LA SURFACE EXTERNE DE LA PAROI DE LA CAVITE, LES EMPLACEMENTS DE CAVITES FORMES DANS LA MOUSSE. IL EST ESSENTIEL QUE LE THERMOGRAMME SOIT REALISE ALORS QUE LA MOUSSE EST ECHAUFFEE PAR LA CHALEUR DE LA REACTION EXOTHERMIQUE DE FORMATION. APPLICATION AU CONTROLE DES ISOLANTS DES CANALISATIONS DE TRANSPORT DE GAZ NATUREL LIQUEFIE.

Description

I)r~Cédé de contrôle de l'uniformité des propriétés d'une mousse de matière plastique
La présente invention concerne le contrôle de l'uniformité des propriétés des mousses de matière plastique. Plus précisément, elle concerne un procédé destné à la détermination de la présence de défauts importants dans une mousse de matière plastique, tels que des cavités.
La description qui suit concerne essentiellement une application de l'invention au contrôle d'un isolant de mousse de matière plastique formé entre deux tubes concentriques, ltensemble constituant une canalisa t:on de transport d'un fluide chaud, froid ou cryogénique. Cependant, l'invention n'est pas limitée à cette application et elle convient à toutes les opérations dans lesquelles une mousse de matiere plastique est formée par une réfaction exothermique.
Au ccurs de la fabrication de canalisations destinées au transport de fluides cryogéniques, froids ou chauds, tels que des gaz liquéfiés ou des fractions d'hydrocarbures dans les raffineries, on injecte un mélange liquide ou crémeux entre un tube interne et une gaine externe concentriques, afin qu'une réaction des produits du mélange provoque une expansion et la formation d'une mousse entre le tube et la gaine. L'injection ou la coulée du mélange fluide sur toute la longueur d'un tronçon de canalisation, dans des conditions uniformes, n'est pas toujours facile et, en outre, les conditions d'expansion ne sont pas les mêmes dans toutes les parties de la cavité délimitée entre le tube et la gaine. La canalisation peut être disposée horizontalement, verticalement. ou avec une certaine inclinaison, et le mélange est disposé en un point bas.Les conditions de formation de la mousse ne sont donc pas les mêmes à proximité de l'emplacement d'injection ou de coulée du mélange, et à distance de cet emplacement.
Ces diffen de conditions peuvent provoquer l'apparition de défauts, essentiellement sous forme de cavités dans la mousse. Ces cavités sont gênantes car elles réduisent par exemple les propriétés locales d'isolation. Cependant, elles sont surtout nuisibles lorsque la mousse a un rôle mécanique, c'est-à-dire lorsqu'elle est destinée à transmettre des forces entre le tube interne et la gaine externe. Dans tous les cas, les cavités constituent des points de faiblesse.
Il n'existe pas actuellement de procédé non destructif, simple et sur, permettant la détermination de la présence de telles cavités d. t nsions importantes dans l'isolant de ces canalisations. On a
jendant essayé d'effectuer un contrôle par circulation d'un fluide chaud dans le tube interne et par mesure, à l'extérieur de la gaine, des variations de température dues aux variations de conductibilité provoquées par la présence des cavités.Comme la transmission de chaleur par le gaz contenu dans les cavités n'est pas très différente de celle de la mousse, les résultats obtenus par un tel procédé sont tout à fait inexploitables, et on doit donc procéder au contrôle de ces canalisations par des essais dêstructifs. Bien entendu, ces essais ne peuvent être exécutés que lorsque la mousse s'est refroidie, c'est-à-dire longtemps après sa formation. Dans une installation de fabrication en continu des tronçons de tube isolés, les résultats donnés par un tel contrôle destructif ne peuvent être exploités qu'après un temps important, c'est-à-dire lorsqu'un grand nombre de tronçons potentiellement défectueux a été fabriqué.
L'invention concerne un procédé de contrôle de l'uniformité des propriétés d'une mousse de matière plastique, par exemple d'une mousse formée entre le tube interne et la gaine d'une canalisation destinée à transporter des fluides chauds, froids ou cryogéniques. Selon l'invention,
I'uniformité des propriétés de la mousse de matière plastique est contrôlée non par l'étude de la conduction thermique d'une face à l'autre de l'isolant de mousse, mais par le contrôle de la transmission de la chaleur dégagée in situ, dans la mousse. A nsi, lors de la formation de la mousse de matière plastique, la matière qui réagit dégage de la chaleur au cours de la réaction exothermique alors que les grosses cavités n'en dégagent pas.Cette étude de la transmission de chaleur, par observation du flux thermique spectrique de la surface de la mousse ou d'une paroi qui délimite la cavité contenant la mousse, donne des différences de flux thermique qui sont bien supérieures à celles qu'on observe lorsque de la chaleur est transmise dans toute l'épaisseur de la mousse de matière plastique.
Plus précisément, l'invention concerne un procédé de contrôle de l'uniformité des propriétés d'une mousse de matière plastiqua formée par un procédé qui comprend la préparation d'un mélange fluide destiné à former la mousse de matière plastique par une réaction exothermique, la disposition du mélange dans une cavité délimitée au moins en partie par une surface interne d'au moins une paroi, et la formation de la mousse dans la cavité par expansion, avec dégagement de chaleur dû à la réaction exothermique ; ce procédé de contrôle est tel que, pendant l'opération de formation de la mousse dans la cavité ou juste après cette formation et alors que la mousse est encore chaude, il comprend la détermination des irrégularités du flux thermique émis par la surface externe d'une partie au moins de la paroi de la cavité.
La thermographie permet la détermination des champs spatiotemporels de température de la surface à partir de l'information fournie par le flux thermique spectrique émis par cette surface. Le flux thermique spectrique dépend non seulement de la température mais aussi de l'émissivité.
émissivité constante, les irrégularités du flux thermique correspondent dux irrégularités de la température de la surface externe, qui sont elles-mêmes représentatives d'un défaut d'uniformité de la source de chaleur sous-jacente.
Selon l'invention, il suffit qu'un thermogramme soit formé à un moment déterminé après le début de la réaction de formation de la mousse de matière plastique. Ce moment est avantageusement compris entre la fin de l'expansion et 30 minutes après le début de la réaction. Il est avantageux que les thermogrammes portent des isothermes qui entourent les irrégularités de température et permettent ainsi une localisation très simple des défauts d'uniformité.
Il est avantageux que plusieurs thermogrammes soient exécutés à des temps différents ap o le début de la formation de la mousse car, selon leur taille et leur forme, les défauts donnent des irrégularités de tentérature, et en conséquence de flux thermique, qui sont les plus nettes à des temps différents après le début de la formation de la mousse de matière plastique.
Il est avantageux que la partie de paroi de la cavité sur laquelle les irrégularités de température sont déterminées, soit formée par une matière ayant une conductibilité thermique relativement faible et u une émissivité élevée. Cette matière est avantageusement une matière plastique, par exemple une polyoléfine telle que le polyéthylène autre densité ou le polypropylène, ou le chlorure de polyvinyle, ou un acier , rei zement d'émissivité élevée.
Dans un mode de réálisation particulièrement avantageux, la cavité dans laquelle la rosse est formée est délimitée par un tube interne et une gaine, et la mousse a des propriétés d'isolation thermique.
D'autre caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre d'exemples de mise en oeuvre de l'invention lors de la réalisation de troncons d'une canalisation destinée au transport de gaz liquéfiés, faite en référence au dessin annexé sur lequel
les figures I à 4 représentent des isothermes relevées dans un premier exemple de mise en oeuvre de l'invention ; et
les figures 5 à 7 représentent des isothermes relevées dans un second exemple de mise en oeuvre de l'invention.
Les tronçons de canalisation étudiés comportent un tcbe inteme d'acier de 107 mm de diamètre interne et 114 mm de diamètre externe.
La gaine qui doit entourer le tube interne est formée de polyéthyène haute densité et a un diamètre interne de 211 mm et un diamètre externe de 225 mm. La zone annulaire formée entre le tube et la gaine et qui doit être remplie de mousse, a une épaisseur de 48 mm environ. La mousse utilisée pour la formation de l'isolant est une mousse de polyuréthane, formée à partir d'un mélange ayant la composition suivante
résine A ("LILENE" C41 de PCUK) 115 parties en poids (polyisocyanate)
résine B ("EKAMERE" 70-28 de PCUK) 100 parties en poids (polyol).
Une fois le mélange préparé, il est coulé dans la gaine qui est disposée horizontalement, le long de la génératrice inférieure. L'expansion de la mousse est rapide puisqu'elle dure environ 2 minutes. La masse volumique apparente de la mousse finalement obtenue est d'environ 35 kg/m
Les thermogrammes du tronçon de canalisation sont relevés à l'aide d'un équipement thermographie "AGA Thermovision" 782 SW qui comporte une caméra qui forme une image à partir des radiations infrarouges émises entre 3 et 5,5 microns par le tronçon de canalisation, et qui transforme l'image en une image visible reproduite sur un tube à rayons cathodiques Les images obtenues comportent une gamme de gris allant du noir au blanc, les zones les plus claires correspondant aux zones les plus chaudes.
Selon une caractéristique de cet équipement thermographique, des isothermes, sous forme de points alignés correspondant à une même densité optique, sont traces sur l'image et permettent la localisation des zones les plus chaudes ou surtout les plus froides.
Les thermogrammes obtenus représentent en fait la répartition du flux thermique émis par la surface externe de la gaine. Ces variations de lux thermique sont représentatives, à émissivité constante, des variations de la température externe et, indirectement, des variations d'intensité drs sourt.s de haleur formées a l'intérieur de la gaine, c'est-à-dire dans ta mousse puisque, à l'origine, la gaine a une température uniforme que la température ambiante.
Dans un premier exemple, des objets creux sont disposés initialement dans l'espace annulaire séparant le tube interne de la gaine afin que, lors de l'expansion de la mousse, ils forment des "défauts", c' est-a-dire des zones qui ne constituent pas des sources de chaleur.
Ces "défauts" sont formés par des sphères creuses de verre de 20 et lC mm de diametre.
Les thermogrammes sont relevés toutes les 30 secondes pendant que les premières minutes et toutes les minutes ultérieurement. L'origin des temps est considérée comme le moment auquel on coule le mélange cyans l'espace annulaire. Les figures I à 4 représentent les isothermes des thermogrammes relevés après 5, 15, 20 et 30 minutes.
Pendant les trois premières minutes, on observe des variations comple:Ce3 qui correspondent très probablement aux différences de comportement de la mousse pendant son expansion. Après quelques minutes, des taches sombres apparaissent aux emplacements correspondant aux sphères. La figure 1 indique que, après 5 minutes, ces taches ont grossi
sont très nettes. Cependant, il faut noter que les isothermes externes l' et 16 entourent des régions plus froides, alors que les isothermes internes 12, 14 entourent des régions plus chaudes.
Après 15 minutes, comme l'indique la figure 2, les défauts présentent une inversion de température, car les isothermes 18 et 20 entourent des régions plus chaudes. Les figures 3 et 4 indiquent que la tache représentative de la sphère de 20 millimètres de diamètre contitue à croître alors que celle qui correspond à la sphère de 10 millimètres de diamètre diminue et va disparaître.
Cet essai montre qu'il convient de laisser passer un certain temps pour que la mousse se soit mise en place par expansion, mais qu'il n'est pas necessaire d'attendre un temps trop long, puisque, une
dizaine de minutes apres la coulée, tous les défauts apparaissent très nettement. C'est d'ailleurs à ce moment que la température de la gaine est la plus élevée. En effet, elle atteint 320C alors que la température initlale est de l'ordre de 20-21"C.
Les résultats donnés par cet exemple montrent que la température de la gaine varie relativement peu et que les différences de températures qui sont représentatives des irrégularités de la structure interne, c'est-à- dire des défauts, sont de l'ordre de quelques degrés Oeisîus. s 11 Il faut que l'équi- cernent thermographique puisse relever de telles différences de températures faibles, au voisinage de la température ambiante.
Ainsi, un seul thermogramme, exécuté à un moment compris entre 5 et 30 min ou plus après la coulée et de préférence autour de 20 min après la coulée, donne des informations tout à fait satisfaisantes pour la fabrication en usine. Un tel thermogramme permet à un chef d'équipe de décider qu'un tronçon fabriqué est conforme ou non. Il permet aussi de déterminer que les conditions doivent être modifiées, en cas d'apparition de défauts.
Cependant, l'utilisation de toute une série de thermogrammes peut donner plus d'informations. En effet, les moments d'apparition et de disparition des défauts dépendent de la forme et de la dimension de ceux-ci. Ainsi, les gros défauts font apparaître plus tôt et plus longtemps des irrégularités de température. Plus les défauts ont une petite dimension et plus ils apparaissent tardivement. Cependant, ils disparaissent aussi rapidement. Il existe donc une dimension minimale au-dessous de laquelle les défauts constitués par des cavités ne peuvent pas être déterminés selon ce procédé. Cette dimension minimale dépend de nombreux paramètres tels l'épaisseur et la conductibilité thermique de la gaine, la conductibilité thermique de l'isolant, etc. Dans l'exemple considéré ci-dessus, la dimension minimale est de l'ordre de quelques millimètres, dans une épaisseur de mousse d'une cinquantaine de millimètres d'épaisseur.
On considère maintenant un exemple montrant l'influence de la conductibilité thermique de la gaine sur la dimension des défauts détectés. On exécute un essai analogue à celui qu'on a décrit précédemment, mais dans lequel la gaine externe est formée d'un tube d'acier de 213 mm de diamètre interne et 219 mm de diamètre externe. La gaine porte un revêtement de forte émissivité (98 %), formé de résine époxyde blanche.
Les "défauts" sont représentés par un cube de mousse de 30 mm de côté (placé à droite sur les figures 5 à 7) et trois balles de ping-pong groupées contre une entretoise de chlorure de polyvinyle (à gauche sur les figures 5 à 7).
La figure 5 est m thermograrnme relevé après 4 minutes. On note que tous les défauts apparaissent nettement. Après 5 minutes ur 6), I'isotherme correspondant au cube de mousse a presque disparu.
Par contre, même après 7 minutes, le gros défaut formé par les trois balles de ping-pong et l'entretoise de chlorure de polyvinyle apparaît encore.
Cette accélération par rapport à l'exemple précédent est dîe à la grande conductibilité thermique de l'acier, qui provoque une réduction des écarts de température à la surface de la gaine. La détermination de la présence de petits défauts nécessite un relevé précoce ou une grande résolution sur la température.
Cet exernple montre que l'équipement utilisé pour la détermination des différences de flux thermique doit avoir une sensibilité qui correspond non seulement à la dimension des défauts à détecter, mais aussi à la conductibilité de la gaine.
Bien qu'on ait décrit l'application de l'invention au contrôle de l'isolant formé entre deux tubes, le procédé convient à d'autres réalisations. Ainsi, il convient au contrôle des panneaux de mousse de matière plastique formés entre deux surfaces planes. Il est avantageux dans ce cas que l'une des surfaces planes soit relativement peu conductrice de la chaleur et mince afin que la dimension des défauts détectés puisse être suffisamment faible.
Bien qu'on ait considéré jusqu'à présent des applications dans lesquelles la mousse a une épaisseur constante, cette caractéristique n est pas indispensable. Lorsque l'épaisseur de mousse varie, il apparaît évidemment, à la paroi de la cavité, des variations de flux thermique qui sont dues aux variations de forme et non à des défauts. Dans ces circonstances, le thermogramme obtenu doit être comparé à un thermo gramme de référence, correspondant à un élément sans défaut. Les variations de température correspondant à des défauts de la mousse sont alors déterminés par différence.

Claims (7)

    REVENDICATIONS I. Procédé de contrôle de l'uniformité des propriétés d'une mousse de matière plastique formée par un procédé qui comprend la préparation d'urbi mélange fluide destiné à former une mousse de matière plastique par une réaction exothermique, la disposition du mélange dans une cavité délimitée au moins en partie par une surface interne d'au moins une paroi, et la formation de la mousse dans la cavité par expansion, avec engagement de chaleur dû à la réaction exothermique, ledit procédé de contrôle étant caractérisé en ce que, pendant l'opération de formation de la mousse dans la cavité ou juste après cette formation et alors que la mousse est encore chaude, il comprend la détermination des irrégularités du flux thermique émis par la surface externe d'une partie au moins de la paroi externe de la cavité.
  1. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détermination des irrégularités du flux thermique émis comprend la formation d'un thermogramme.
  2. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le thermogramme est exécuté après la fin de l'expansion de la mousse et moins de 30 minutes après la disposition du mélange dans la cavité.
  3. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le thermogramme comporte des isothermes.
  4. 5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend la formation de plusieurs thermogrammes successifs.
  5. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie de paroi de la cavité sur laquelle les irrégularités de flux thermique sont déterminées est formée d'une matière de conductibilité thermique relativement faible.
  6. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la rriatière de conductibilité thermique relativement faible est une matière plustiql le.
    Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la matière plastique est choisie dans le groupe qui comprend les polyoléfines et le chlorure de polyvinyle.
  7. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications I à 5, caractérisé en ce que la partie de paroi de la cavité sur laquelle les irrégularités de flux thermique sont déterminées a une émissivité relativement élevée.
    !'). Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cavité a une forme annulaire et est délimitée entre deux tubes.
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