FR2745746A1 - Materiau composite pour le chemisage de canalisations - Google Patents

Materiau composite pour le chemisage de canalisations Download PDF

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Abstract

Matériau composite (14) pour le chemisage de canalisations, comportant une première couche stratifiée (16), imprégnée de résine polymérisable et comprenant des fibres de haute résistance mécanique, telles que des fibres de verre. Le matériau comporte, en outre, une deuxième couche stratifiée (18) analogue à la première, ainsi qu'une couche intermédiaire (20), disposée entre lesdites première et deuxième couches et fixée à ces dernières, la couche intermédiaire présentant une structure en "nids d'abeilles" ayant une pluralité de prismes (22) dont les bases sont sensiblement parallèles auxdites première et deuxième couches.

Description

La présente invention concerne un matériau composite pour le chemisage de canalisations. Le brevet français publié sous le numéro 2 537 056 divulgue un matériau comportant un ensemble stratifié, imprégné de résine polymérisable et comprenant des fibres de verre ou analogues.
Pour certaines applications, il est nécessaire d'augmenter la résistance mécanique de l'ensemble. On préconise alors d'augmenter l'épaisseur de cet ensemble, en multipliant le nombre de strates et/ou en accroissant l'épaisseur de chaque strate.
Cette solution est effectivement utilisable. Toutefois, le fait d'augmenter l'épaisseur de l'ensemble stratifié revient à en augmenter proportionnellement la masse ou, plus précisément, la densité massique.
Ainsi, un ensemble de ce type adapté à supporter de fortes contraintes a une densité massique très élevée, ce qui rend son transport et sa mise en place difficiles. De plus, le coût d'un tel ensemble stratifié d'épaisseur augmentée, est élevé, puisque les quantités de fibres et de résine polymérisable nécessaires à sa fabrication sont importantes.
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en proposant un matériau de résistance mécanique élevée qui, en comparaison avec les ensembles stratifiés classiques de résistance mécanique comparable, soit à la fois léger et peu coûteux.
Dans ce but, pour un matériau comportant une première couche stratifiée, imprégnée de résine polymérisable et comprenant des fibres de haute résistance mécanique, I'invention vise le fait que ce matériau comporte, en outre, une deuxième couche stratifiée analogue à la première, ainsi qu'une couche intermédiaire, disposée entre lesdites première et deuxième couches et fixée à ces dernières, la couche intermédiaire présentant une structure en "nids d'abeilles" ayant une pluralité de prismes dont les bases sont sensiblement parallèles aux dites première et deuxième couches.
Par "fibres de haute résistance mécanique", il faut comprendre des fibres de verre ou, de manière générale, des fibres présentant sensiblement les mêmes caractéristiques mécaniques que des fibres de verre, par exemple des fibres de carbone. La résistance mécanique d'un tissu de telles fibres peut, par exemple, être comprise entre 2500N/cm et 10000N/cm, dans la trame ou dans la chaîne.
La couche intermédiaire est apte à supporter des contraintes très importantes du fait de la spécifie ité de la structure en "nids d'abeilles" qui comprend une série de prismes analogues, jointifs par leurs parois axiales.
On a constaté que, pour obtenir une résistance mécanique donnée, il faut doter un matériau selon l'invention d'une épaisseur sensiblement égale à celle qu'il faudrait conférer à un matériau constitué uniquement par un ensemble stratifié.
Toutefois, les prismes de la structure en "nids d'abeilles" sont creux, de sorte que la couche intermédiaire est extrêmement légère, sa masse étant principalement fonction de la masse des parois des prismes. Il en résulte que la masse ou la densité massique d'un matériau conforme à l'invention est très notablement inférieure à celle d'un ensemble stratifié de même épaisseur. De plus, pour obtenir la même épaisseur, la quantité de matière nécessaire à la réalisation d'un matériau conforme à l'invention est nettement moindre que celle qui est nécessaire à la réalisation d'un ensemble stratifié.
II en résulte que le matériau conforme à l'invention est plus léger, donc plus facile à manipuler et à mettre en place, et moins coûteux qu'un ensemble stratifié de même résistance mécanique.
De manière avantageuse, au moins l'une des première et deuxième couches stratifiées comporte une première strate comprenant un tissu de fibres de haute résistance mécanique et une deuxième strate comprenant un feutre de telles fibres, voire une troisième strate analogue à la première.
Il est également avantageux que la couche intermédiaire présente des lignes de rupture selon lesquelles les parois latérales des prismes sont interrompues. Ainsi, les prismes situés de part et d'autre de ces lignes peuvent s'écarter les uns des autres, de sorte que le matériau peut former une gaine épousant la courbure de la canalisation à chemiser.
L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui suit, d'un mode de réalisation représenté à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels:
- la figure 1 est une vue en coupe transversale d'une canalisation équipée d'un chemisage,
-la figure 2 est une vue en coupe d'un matériau conforme à l'invention,
- la figure 3 est une vue de dessus de la figure 2, avec un arrachement partiel, et
- la figure 4 est une vue partielle schématique en coupe du matériau de l'invention, conformé de manière a adopter une courbure adaptée à la périphérie interne d'une canalisation.
La figure 1 montre une canalisation 10 munie d'un chemisage 12.
Classiquement, le chemisage set à la réhabilitation d'une canalisation endommagée ou détériorée. Il est constitué par une gaine mise en place à l'intérieur de la canalisation et appliquée contre la périphérie interne de cette dernière. Pour réaliser la gaine, on utilise en général un matériau initialement en bande, dont on rassemble les bords longitudinaux 12a et 12b.
La figure 2 montre en coupe le matériau 14 à partir duquel peut être réalisée la gaine 12. Ce matériau est comprend deux couches extrêmes stratifiées 16 et 18 qui sont toutes deux imprégnées de résine polymérisable et comprennent des fibres de haute résistance mécanique, telles que des fibres de verre ou analogue. Entre ces deux couches stratifiées, se trouve une couche intermédiaire 20 qui présente une structure en "nids d'abeilles" ayant une pluralité de prismes 22. Sur la coupe de la figure 2, on distingue les parois axiales 24 des prismes qui sont sensiblement perpendiculaires aux couches stratifiées 16 et 18. Il s'agit de prismes droits, dont les bases sont sensiblement perpendiculaires aux parois axiales et sont, par conséquent, sensiblement parallèles aux couches stratifiées 16 et 18.
Comme on le voit sur la section de la figure 2, les bases 23 des prismes 22 sont des polygones réguliers, de préférence des hexagones.
En comparant les figures 2 et 3, on constate que la hauteur H des prismes est au moins égale à leur plus grande largeur 1, ce qui constitue une disposition avantageuse.
La structure en "nids d'abeilles" peut être réalisée en matière synthétique telle que du polypropylène. On peut également utiliser d'autres matières de caractéristiques mécaniques équivalentes.
La première couche stratifiée 16 comporte une première strate 26 qui comprend un tissu de fibres de haute résistance mécanique et une deuxième strate 28 qui comprend un feutre de telles fibres. Cette première couche peut également comporter une troisième strate 30 analogue à la première, c'est-à-dire qu'elle comporte des fibres tissées. Dans ce cas, la strate de feutre est disposée entre les deux strates tissées. Les différentes strates sont fixées les unes aux autres par couture.
La deuxième couche stratifiée est analogue à la première et peut également comporter les mêmes strates. Ainsi, les strates 26', 28' et 30' de la deuxième couche 18, correspondant respectivement aux strates 26, 28 et 30 de la première couche 16, sont indiquées sur la figure 2. Il faut toutefois noter que les deux couches stratifiées peuvent ne pas avoir le même nombre de strates. De même, les strates des deux couches stratifiées peuvent avoir la même épaisseur ou des épaisseurs légèrement différentes.
Dans certains cas, les couches stratifiées peuvent comporter plus de trois strates. Toutefois, leurs épaisseurs e et e' restent relativement faibles par rapport à l'épaisseur totale E du matériau, épaisseur totale calculée de manière à rendre ce matériau apte à supporter des contraintes mécaniques déterminées. En fait, pour la plupart des applications, on dote les couches stratifiées de deux ou trois strates et d'une épaisseur relativement faible, de l'ordre de 2 à 5 mm, tandis que la plus grande partie de l'épaisseur totale E du matériau est conditionnée par l'épaisseur f de la couche intermédiaire, en général de l'ordre de 8 à 50 mm.
De préférence, pour chaque couche stratifiée, c'est une strate tissée qui se trouve à l'extérieur.
Les couches stratifiées sont imprégnées de résine polymérisable de type résine époxydique. Pour conférer à la gaine de chemisage, réalisée en matériau conforme à l'invention, sa rigidité et sa forme définitives, cette résine doit être polymérisée.
Une solution connue de mise en place de la gaine consiste à introduire cette gaine à l'état non rigide (c'est-à-dire avant polymérisation de la résine) dans la canalisation, à appliquer cette gaine contre la périphérie interne de la canalisation à chemiser, par exemple à l'aide d'un système gonflable tel que décrit dans le brevet français publié sous le numéro 2 540 599, et à polymériser la résine dans cette situation. A cet effet, des résistances chauffantes 32, disposées dans les couches stratifiées, peuvent être raccordées à un circuit électrique in-situ. On peut également mettre en oeuvre toute autre méthode de chauffage ou, généralement, de catalyse de la polymérisation de la résine.
Une autre solution, particulièrement adaptée au chemisage de canalisations de diamètre important (de diamètre suffisant pour qu'un homme puisse s'y introduire), consiste à polymériser la résine avant l'introduction du matériau de chemisage à l'intérieur de la canalisation. Dans ce cas, le matériau est formé lors de la polymérisation, par exemple en étant appliqué contre une partie de moule, de manière à adopter une courbure analogue à celle de la canalisation. On peut alors former plusieurs bandes de matériau décrivant chacune une partie de la périphérie interne de la canalisation et assembler in-situ des tronçons de gaine en raccordant les bords longitudinaux adjacents des bandes.
On décrit maintenant plus précisément les figures 3 et 4. Pour faciliter la compréhension, seule la couche intermédiaire est représentée en traits pleins sur la figure 4, tandis que les autres couches sont seulement globalement indiquées en trait mixtes interrompus.
La structure en "nids d'abeilles" est relativement rigide puisque les prismes sont jointifs. De plus, cette structure est normalement globalement plane, les bases 23 des prismes se trouvant dans des plans. De ce fait, il peut s'avérer a priori difficile de conférer au matériau selon l'invention une courbure adaptée à celle de la canalisation à chemiser, particulièrement lorsque, le diamètre de la canalisation étant relativement faible, cette courbure est importante.
Pour surmonter cette difficulté, la couche intermédiaire présente avantageusement des lignes de rupture selon lesquelles les parois axiales des prismes sont interrompues, de telle sorte que les prismes situés de part et d'autre de ces lignes peuvent s'écarter les uns des autres. La situation d'une telle ligne L est indiquée sur la figure 3. Selon cette ligne, les parois axiales des prismes sont découpées sur pratiquement la totalité de leur hauteur.
Comme le montre la figure 4, ceci permet de faire en sorte que les bases "intérieures" 23a des prismes (celles qui sont les plus proches de l'axe A de la canalisation) restent jointives et que les prismes 22a et 22b situés de part et d'autre de la ligne de rupture s'écartent progressivement les uns des autres dans le sens allant des bases intérieures 23a aux bases extérieures 23b (les plus éloignées de l'axe A).
Comme on le voit sur la figure 3, la ou les lignes de rupture L sont, de préférence, parallèles à certaines parois latérales 24a des prismes 22.
Bien entendu, entre deux lignes de rupture successives, la structure en "nids d'abeilles" conserve son intégrité, de sorte que sa résistance mécanique est préservée.
La présence des lignes de rupture est compatible avec l'une ou l'autre des méthodes de mise en place précédemment évoquées. Toutefois si, la courbure de la canalisation étant importante par rapport à la hauteur des prismes, l'amplitude maximale de l'écartement d jugé nécessaire est relativement grande, il peut être avantageux de polymériser la résine préalablement à l'introduction du matériau de chemisage dans la canalisation.
Dans ce cas, une première étape consiste à appliquer la couche stratifiée intérieure contre la structure en "nids d'abeilles". L'étape suivante consiste à donner à l'ensemble ainsi constitué la courbure souhaitée, adaptée à celle de la canalisation, à l'occasion de quoi les prismes situés de part et d'autre des lignes de rupture s'écartent. Après l'obtention de cette courbure, on appliquera la couche stratifiée extérieure contre les bases extérieures des prismes. On peut réaliser simultanément la polymérisation de la résine qui imprègne les couches stratifiées intérieure et extérieure, éventuellement in-situ. On peut également polymériser la couche stratifiée intérieure avant d'appliquer la couche stratifiée extérieure contre les bases extérieures des prismes, ce qui permet de maintenir l'ensemble constitué par la couche stratifiée intérieure et la couche intermédiaire à la courbure souhaitée pendant cette application. Dans ce cas, la résine imprégnant la couche stratifiée extérieure est polymérisée ensuite, éventuellement in-situ.
Avantageusement, la couche intermédiaire comprend au moins un substrat de feutre 34 sur lequel sont fixées les bases des prismes d'un côté de la structure en "nids d'abeilles". Les fibres qui constituent ce substrat sont par exemple en polyéthylène. Cette disposition permet d'assurer la cohésion de la couche intermédiaire avant sa mise en place entre les deux couches stratifiées.
Dans le cas où, comme sur la figure 4, des lignes de rupture sont pratiquées, la présence du substrat raccordant les bases intérieures des prismes est particulièrement intéressante. Si un tel substrat raccorde initialement également les bases extérieures des prismes, on peut soit le découper le long des lignes de rupture en pratiquant ces lignes, soit le détacher préalablement.
Les couches stratifiées peuvent être appliquées sur le substrat de feutre si celui-ci est présent.
De manière avantageuse, le matériau comporte, en outre, une couche impbrméable 36 fixée à au moins l'une des première et deuxième couches stratifiées. De préférence, la couche imperméable est fixée à la couche stratifiée destinée à se trouver vers l'intérieur de la canalisation à chemiser, de sorte que c'est cette couche imperméable qui se trouvera au contact du liquide circulant dans la canalisation. La couche imperméable peut être réalisée en matière synthétique telle que du PVC ou du polyéthylène. Pour assurer sa cohésion avec la couche stratifiée sur laquelle elle est fixée, cette couche imperméable peut avoir sa face intérieure (destinée à se trouver au contact de la couche stratifiée) revêtue de fibres imprégnées de résine. Ainsi, lors de la polymérisation de la résine, ces fibres, qui peuvent avoir la même nature que celles des couches stratifiées, se collent à celles de la couche stratifiée contre laquelle est appliquée la couche imperméable.

Claims (9)

REVENDICATIONS
1. Matériau composite (14) pour le chemisage de canalisations (10), comportant une première couche stratifiée (16), imprégnée de résine polymérisable et comprenant des fibres de haute résistance mécanique,
caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, une deuxième couche stratifiée (18) analogue à la première, ainsi qu'une couche intermédiaire (20), disposée entre lesdites première et deuxième couches (16, 18) et fixée à ces dernières, la couche intermédiaire présentant une structure en "nids d'abeilles" ayant une pluralité de prismes (22) dont les bases (23) sont sensiblement parallèles aux dites première et deuxième couches.
2. Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins l'une des première et deuxième couches stratifiées (16, 18) comporte une première strate (26) comprenant un tissu de fibres de haute résistance mécanique et une deuxième strate (28) comprenant un feutre de telles fibres.
3. Matériau selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins l'une des première et deuxième couches stratifiées (16, 18) comporte une première strate (26) comprenant un tissu de fibres de haute résistance mécanique, une deuxième strate (28) comprenant un feutre de telles fibres et une troisième strate (30) analogue à la première, la deuxième strate étant disposée entre la première et la troisième strate.
4. Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les fibres de haute résistance mécanique comprennent des fibres de verre.
5. Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les fibres de haute résistance mécanique comprennent des fibres de carbone.
6. Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, une couche imperméable (36) fixée à au moins l'une (16) des première et deuxième couches stratifiées.
7. Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la couche intermédiaire (20) comprend un substrat de feutre (34) sur lequel sont fixées les bases (23) des prismes (22) d'un côté de la structure en "nids d'abeilles".
8. Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la couche intermédiaire (20) présente des lignes de rupture (L) selon lesquelles les parois axiales (24) des prismes (22) sont interrompues, de telle sorte que les prismes situés de part et d'autre de ces lignes peuvent s'écarter les uns des autres.
9. Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la hauteur (H) des prismes (22) de la structure en "nids d'abeille", mesurée perpendiculairement aux bases de ces prismes, est au moins égale à la largeur maximale (l) desdites bases.
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