FR2584018A1 - Process for manufacturing a composite tube and product obtained - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un tube composite, et le tube obtenu selon ce procédé. The present invention relates to a method of manufacturing a composite tube, and the tube obtained according to this method.
Il existe de nombreux types de tubes composites devant assurer les fonctions les plus diverses comme de véhiculer un fluide ou d'assurer une protection ou une transmission mécanique Le caractère composite est généralement lié a la pluralité de caractéristiques que doit présenter le tube : résistance mécanique, légèreté, étanchéité, résistance à la corrosion, a la température, etc. Un seul produit ou matériau ne pouvant assurer la multiplicité des fonctions, on réalise un composite. There are many types of composite tubes which must perform the most diverse functions such as conveying a fluid or ensuring mechanical protection or transmission. The composite nature is generally linked to the plurality of characteristics which the tube must have: mechanical resistance, lightness, tightness, resistance to corrosion, to temperature, etc. A single product or material cannot ensure the multiplicity of functions, a composite is produced.
Les structures tubulaires réalisées jusqu'à présent en matériau composite renforcé de fibres et obtenues par moulage sous pression offrent de nombreux avantages mais présentent encore certains inconvénients
D'une manière générale, avec ces procédés de moulage, le renfort fibreux, constitué de fibres en nappe ou de tissus, est enroulé, avant ou après imprégnation d'une résine appropriée, sur un tube souple, l'enveloppe fibreuse ainsi constituée pouvant comporter plusieurs couches. L'enveloppe est ensuite introduite dans un moule et le tube mis sous pression d'un fluide de sorte que l'enveloppe puisse se conformer à l'empreinte du moule. Cette pression reste maintenue durant toute l'opération ultérieure de chauffage du moule destinée à durcir la résine.Tubular structures made up of fiber-reinforced composite material up to now and obtained by pressure molding offer many advantages but still have certain disadvantages
In general, with these molding processes, the fibrous reinforcement, consisting of sheet fibers or fabrics, is wound, before or after impregnation of an appropriate resin, on a flexible tube, the fibrous envelope thus formed being able have multiple layers. The envelope is then introduced into a mold and the tube pressurized with a fluid so that the envelope can conform to the mold imprint. This pressure remains maintained during the entire subsequent heating operation of the mold intended to harden the resin.
La qualité de la structure tubulaire ainsi obtenue dépend en grande partie du soin apporté à la confection de l'enveloppe formant renfort, et il est très difficile d'éviter certains défauts comme la formation de plis, les surcharges de résine, les irrégularités d'épaisseur et de tension de la nappe fibreuse ou des tissus. The quality of the tubular structure thus obtained largely depends on the care taken in making the envelope forming the reinforcement, and it is very difficult to avoid certain defects such as the formation of folds, overloads of resin, irregularities of thickness and tension of the fibrous web or tissue.
Ces procédés souffrent notamment d'un manque de reproductibilité et les caractéristiques du produit composite résultant ne sont pas optimales. These methods suffer in particular from a lack of reproducibility and the characteristics of the resulting composite product are not optimal.
La présente invention permet de pallier tous ces inconvénients et concerne plus particulièrement l'obtention industrielle de tube composite léger devant présenter une grande échanchéité, une grande résistance, une bonne rigidité et une forme adaptée à répondre à des conditions précises, par exemple, joindre deux connexions sur un moteur thermique ou sur un ensemble mécanique. The present invention overcomes all these drawbacks and relates more particularly to the industrial production of a lightweight composite tube which must have a high seal, great strength, good rigidity and a shape adapted to meet specific conditions, for example, joining two connections on a heat engine or on a mechanical assembly.
La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un tube composite étanche, léger et résistant dans lequel
- la structure de renfort est une gaine tressée enrobée de matière durcissable,
- la structure interne d'étanchéité est un tuyau souple ou déformable, étanche et élastique ou plastique,
- la gaine tressée est maintenue sous tension pendant toute la durée du cycle de durcissement par chauffage de la matière durcissable enrobant la gaine, cependant que le tuyau formant structure interne est maintenu sous pression d'un fluide.The present invention relates to a method of manufacturing a waterproof, light and resistant composite tube in which
- the reinforcing structure is a braided sheath coated with hardenable material,
- the internal sealing structure is a flexible or deformable, waterproof and elastic or plastic pipe,
- The braided sheath is kept under tension throughout the duration of the hardening cycle by heating the hardenable material coating the sheath, while the pipe forming the internal structure is kept under fluid pressure.
L'invention a également pour objet les tubes composites obtenus par le procédé de la présente invention. The invention also relates to the composite tubes obtained by the method of the present invention.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif en regard des dessins ci-joints, et qui fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Other characteristics and advantages of the invention will become apparent during the description which follows, given by way of nonlimiting example with regard to the attached drawings, and which will make it clear how the invention can be implemented.
La figure 1 est une vue schématique représentant en élévation deux formes que peut prendre une même longueur de tube en fibres tressées;
La figure 2 est une vue en coupe d'un moule représentant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention;
La figure 3 est une vue schématique d'un tube représentant un exemple de forme réalisable par le procédé de l'invention; et
La figure 4 est une vue en coupe d'un exemple d'embout réalise sur un tube selon l'invention.Figure 1 is a schematic view showing in elevation two forms that can take the same length of braided fiber tube;
Figure 2 is a sectional view of a mold showing the implementation of the method according to the invention;
Figure 3 is a schematic view of a tube showing an example of shape achievable by the method of the invention; and
Figure 4 is a sectional view of an example of a nozzle produced on a tube according to the invention.
On sait qu'une tresse tubulaire 1 peut, si elle n'est pas tissée trop serrée, prendre par déformation, allongement ou tassement, diverses configurations possibles 1', 1". Il est donc possible d'adapter une telle gaine tressée à des conditions liées, de diamètre et de longueur, pourvu que l'on utilise une gaine de proportions pas trop différentes de celles de la configuration finale recherchée. It is known that a tubular braid 1 can, if it is not woven too tightly, take on by deformation, elongation or compaction, various possible configurations 1 ′, 1 ". It is therefore possible to adapt such a braided sheath to related conditions, of diameter and length, provided that a sheath of proportions not too different from those of the desired final configuration is used.
Conformément à la présente invention une telle gaine tressée est imprégnée d'une matière durcissable, polymérisable par exemple, puis enfilée sur un tuyau souple ou déformable, étanche, élastique en caoutchouc ou en élastomère ou encore en matériau plastique. La gaine est ensuite allongée pour s'adapter étroitement sur le tuyau. L'ensemble est alors placé dans un moule, puis on maintient une pression dair comprimé ou d'autre fluide dans le tuyau cependant que la gaine tressée est maintenue sous tension, par exemple en bloquant ses deux extrémités libres lors de la mise en pression du tuyau. L'ensemble de la structure tubulaire ainsi obtenue est maintenue d'une part sous pression interne de gonflement du tuyau et d'autre part sous tension longitudinale externe présente toutes les qualités requises et peut être durcie par polymérisation.In accordance with the present invention, such a braided sheath is impregnated with a hardenable, polymerizable material for example, then threaded on a flexible or deformable, leaktight, elastic, rubber or elastomer or plastic material pipe. The sheath is then extended to fit tightly over the pipe. The assembly is then placed in a mold, then a pressure of compressed air or other fluid is maintained in the pipe while the braided sheath is kept under tension, for example by blocking its two free ends when the pressurization of the pipe. The entire tubular structure thus obtained is maintained on the one hand under internal inflation pressure of the pipe and on the other hand under external longitudinal tension has all the qualities required and can be hardened by polymerization.
Sur la figure 2, on a représenté une section par un plan perpendiculaire au tube pendant le moulage. A l'in térieur du moule 10, 10' on a représenté un tuyau de caoutchouc 11 entouré d'une gaine tressée 12 imprégnée d'une matière polymérisable. Pendant la polymérisation, le tuyau en caoutchouc 11 est maintenu avec une pression d'air comprimé à l'intérieur, pour appliquer la matière polymérisable et la gaine qu'elle imprègne contre les parois internes du moule. In Figure 2, there is shown a section by a plane perpendicular to the tube during molding. Inside the mold 10, 10 ′ is shown a rubber hose 11 surrounded by a braided sheath 12 impregnated with a polymerizable material. During the polymerization, the rubber hose 11 is maintained with a pressure of compressed air inside, to apply the polymerizable material and the sheath which it impregnates against the internal walls of the mold.
Ce procédé donne un excell#ent fini de surface, et la matière polymérisable adhère fortement au caoutchouc du tuyau.This process gives an excellent surface finish, and the polymerizable material strongly adheres to the rubber of the pipe.
Les surfaces intérieures du moule au contraire doivent être prévues ou traitées pour ne pas adhérer à la matière polymérisable. Selon l'invention, on engage une extrémité d tuyau il dans le moule, avec l'extrémité obturée , le tuyau sortant à l'extérieur du moule, pour permettre la jonction à une source d'air comprimé ou d'un autre fluide.On the contrary, the interior surfaces of the mold must be provided or treated so as not to adhere to the polymerizable material. According to the invention, one end of a pipe il is engaged in the mold, with the closed end, the pipe exiting outside the mold, to allow joining to a source of compressed air or other fluid.
La gaine 12 entourant le tuyau 11 est assujettie mécaniquement par ses extrémités libres au moule, la longueur de la gaine entre ses deux points de blocage étant prédéterminée de telle sorte que la mise en pression du tuyau génère par accroissement de son diamètre une élongation forcée de la gaine, l'effort résultant dépendant évidemment de la géométrie initiale de la tresse, c'est-à-dire en particulier de ses dimensions transversales sous la longueur prédéterminée susvisée, et de ses caractéristiques d' élasticité. The sheath 12 surrounding the pipe 11 is mechanically secured by its free ends to the mold, the length of the sheath between its two locking points being predetermined so that the pressurization of the pipe generates by increasing its diameter a forced elongation of the sheath, the resulting force obviously depending on the initial geometry of the braid, that is to say in particular on its transverse dimensions under the aforementioned predetermined length, and on its elasticity characteristics.
La mise sous tension de la gaine peut être obtenue de différentes manières et l'exemple qui précède ne présente aucun caractère limitatif. On pourra par exemple assujettir mécaniquement au moule une seule extrémité de lc gaine, de préférence celle située du côté de l'orifice de mise sous pression du tuyau, l'autre extrémité étant maintenue sous tension contrôlée par un dispositif mécanique ad hoc. The sheath can be tensioned in different ways and the above example is not limiting. It is possible, for example, to mechanically subject a single end of the sheath to the mold, preferably that situated on the side of the pressurizing orifice of the pipe, the other end being maintained under tension controlled by an ad hoc mechanical device.
Ce procédé permet d'obtenir des cotes très précises. La gaine tressée peut être en diverses matières selon les applications prévues : fibres de verre, de carbone, d'aramide, de polyamide ou de métal etc... La matière polymérisable peut être toute matière durcissable, par adjonction d'un durcisseur, ou par chauffage, etc... Par exemple, on peut utiliser les résines plastiques thermodurcissables ou thermoplastiques, tels que polychlorure de vinyle, polyéthylène, polypropylène, polyamide, polyester, époxyde, phénolique, etc. Le tuyau peut être en caoutchouc naturel ou synthétique déjà renforcé ou non, un élastomère fluoré par exemple, éventuellement une matière plastique synthétique pourvu qu'elle présente une certaine déformabilité sous pression ou encore tout tuyau métallique ou non suffisamment déformable.Le choix de la matière sera guidé par exemple par la nature du fluide à véhiculer dans le tube composite et/ou encore par la déformabilité imposée pour se conformer à l'empreinte du moule. On choisira avantageusement une combinaison de la matière du tuyau et de la résine durcissable qui fournisse une bonne adhérence entre les deux. Par exemple, un élastomère fluoré (tel que celui vendu sous la marque Viton) et une résine époxyde, pour réaliser un tube en matériau composite thermodurcissable utilisable pour véhiculer les fluides mis en oeuvre dans les moteurs thermiques. This process provides very precise ratings. The braided sheath can be made of various materials depending on the intended applications: glass, carbon, aramid, polyamide or metal fibers, etc. The polymerizable material can be any curable material, by adding a hardener, or by heating, etc. For example, one can use thermosetting or thermoplastic plastic resins, such as polyvinyl chloride, polyethylene, polypropylene, polyamide, polyester, epoxy, phenolic, etc. The hose can be made of natural or synthetic rubber, already reinforced or not, a fluorinated elastomer for example, possibly a synthetic plastic material provided that it has a certain deformability under pressure or even any metallic hose or not sufficiently deformable. will be guided for example by the nature of the fluid to be conveyed in the composite tube and / or by the deformability imposed to conform to the mold footprint. Advantageously, a combination of the material of the pipe and the curable resin will be chosen which provides good adhesion between the two. For example, a fluorinated elastomer (such as that sold under the Viton brand) and an epoxy resin, for producing a tube made of thermosetting composite material usable for conveying the fluids used in heat engines.
La figure 3 est une représentation en plan d'une forme de tube composite 15. Cette forme peut être gauche sans plus de difficulté. La section peut être d'une définition quasi quelconque, comme par exemple circulaire ou non, et si nécessaire évolutive. La longueur de la tresse, qui s'adapte aux formes recherchées sera choisie en conséquence. Figure 3 is a plan view of a form of composite tube 15. This shape can be left without more difficulty. The section can be of almost any definition, such as circular or not, and if necessary evolving. The length of the braid, which adapts to the desired shapes, will be chosen accordingly.
Le glissement des fibres et leur plus ou moins grande élasticité permettent un étalement de la densité dans les courbures en 16 ou 17, ce qui conduit à la répartition favorable des fibres de la gaine sans formation de plis. The sliding of the fibers and their greater or lesser elasticity allow spreading of the density in the curves at 16 or 17, which leads to the favorable distribution of the fibers of the sheath without the formation of folds.
La mise sous tension axiale de la gaine permet d'obtenir un bien meilleur équilibrage des contraintes mécaniques sollicitant chacun des fuseaux et fils ou filaments de la tresse et par ce procédé la structure tubulaire composite résultante présente un état de précontrainte qui accrott notablement la tenue et les caractéristiques du produit. De plus,par un choix approprié du tissage de la tresse tubulaire et notamment de l'inclinaison de ses fuseaux, fils ou filaments, il est possible d'obtenir un rendement mécanique structural optimal eu égard aux sollicitations appliquées au tube composite au cours de son utilisation. The axial tensioning of the sheath makes it possible to obtain a much better balancing of the mechanical stresses stressing each of the spindles and wires or filaments of the braid and by this process the resulting composite tubular structure has a state of prestressing which appreciably increases the resistance product features. In addition, by an appropriate choice of weaving of the tubular braid and in particular of the inclination of its spindles, threads or filaments, it is possible to obtain an optimal structural mechanical performance having regard to the stresses applied to the composite tube during its use.
La figure 4 représente la réalisation d'un embout de raccordement d'un tube : une pièce rigide 20,par exemple métallique ou plastique est placée dans le moule, et la gaine 21 imprégnée de matière polymérisable 22 est appliquée contre la face interne de l'embout 20 par le tuyau de caoutchouc 24 maintenu sous pression. La pression peut atteindre plusieurs dizaines de bars. FIG. 4 represents the production of a connecting piece for a tube: a rigid piece 20, for example metallic or plastic, is placed in the mold, and the sheath 21 impregnated with polymerizable material 22 is applied against the internal face of the end 20 by the rubber hose 24 kept under pressure. The pressure can reach several tens of bars.
On obtient ainsi des éléments de tube de l'étanchéité désirée, très légers et résistant, isolants électriques, et de toutes configurations désirées. This produces tube elements of the desired seal, very light and resistant, electrically insulating, and of any desired configuration.
Il va de soi que l'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit et que l'on peut la modifier notamment par substitution d'équivalents techniques. En particulier, il est possible, en vue d'applications à hautes performances mécaniques ou à hautes pressions de prévoir plusieurs gaines tressées superposées concentriquement. On peut ainsi obtenir des tubes résistant à plusieurs centaines de bars. It goes without saying that the invention is not limited to the example described and that it can be modified in particular by substitution of technical equivalents. In particular, it is possible, for high mechanical performance or high pressure applications, to provide several braided sleeves concentrically superimposed. One can thus obtain tubes resistant to several hundred bars.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |