FR2987880A1 - Element tubulaire et procede correspondant - Google Patents
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Abstract
Cet élément tubulaire comprenant une couche de structure (10) comprenant une résine, notamment entre 15 % à 40 % en poids de la couche de structure, et des fibres 20, notamment entre 2 % et 10 % en poids de la couche de structure. Les fibres comprennent des fibres d'alliages métalliques amorphes à base de fer, de phosphore, de carbone et de chrome, notamment entre 4 % à 7 % en poids de la couche de structure. Application aux canalisations pour le transport d'eau usée ou potable.
Description
Elément tubulaire et procédé correspondant La présente invention concerne un élément tubulaire comprenant au moins une couche de structure comprenant une résine, notamment entre 15 % et 60 % en poids de la couche de structure, et des fibres, notamment entre 2 % et 10 % en poids de la couche de structure. On connaît du document FR 2309779 un élément tubulaire qui comporte une couche en résine munie de fibres de verre. L'invention a pour but de proposer un élément tubulaire qui ait une résistance à la corrosion améliorée et une résistance à la microfissuration accrue. De plus, l'élément tubulaire doit être utilisable pour le transport des eaux d'assainissement. A cet effet, l'invention a pour objet un élément tubulaire du type indiqué ci-dessus, caractérisé en ce que les fibres comprennent des fibres d'alliages métalliques amorphes à base de fer, de phosphore, de carbone et de chrome, notamment comprises entre 4 % et 7 % en poids de la couche de structure.
Selon des modes de réalisation particuliers, l'élément tubulaire selon l'invention peut comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - les fibres d'alliages métalliques amorphes ont la forme de rubans ayant une longueur comprise entre 15 mm et 30 mm, une largeur comprise entre 0,5 mm et 2 mm, et une épaisseur comprise entre 15 lm et 30 lm ; - les fibres d'alliages métalliques amorphes sont composées d'un mélange amorphe (Fe, Cr)80 (P, C, Si)20; - les fibres comprennent au moins l'un des types de fibres supplémentaires suivants : - des fibres de verre, - des fibres de matière plastique, notamment des fibres de polypropylène, - des fibres naturelles, notamment des fibres de bambou ; - la couche de structure comprend en outre une charge minérale, notamment comprise entre 30 % et 80 % en poids de la couche de structure ; - la charge minérale comprend au moins l'une des matières suivantes : - un sable siliceux, - un sable silico-calcaire, - du carbonate de calcium ou - un mélange de ces matières ; - la résine est l'une des résines suivantes : - résine polyester, telle qu'orthophtalique ou isophtalique, - résine vinylester, - résine époxydique, - l'élément tubulaire comprend une couche intérieure comprenant de la résine et dépourvue des fibres d'alliages métalliques amorphes, notamment entièrement dépourvue des fibres ; - la couche intérieure a une épaisseur en tout point comprise entre 0,5 mm et 3 MM ; - l'élément tubulaire comprend une couche extérieure comprenant de la résine et dépourvue des fibres d'alliages métalliques amorphes, notamment entièrement dépourvue des fibres ; - l'élément tubulaire est un tuyau de canalisation. Par ailleurs, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un élément tubulaire tel que défini ci-dessus caractérisé par les étapes successives suivantes : - entraînement en rotation d'un moule, - projection d'un mélange de la résine liquide et des fibres d'alliages métalliques amorphes sur la surface intérieure du moule en rotation, - polymérisation de la résine, - extraction de l'élément tubulaire du moule. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'une jonction tubulaire selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue analogue à celle de la figure 1 d'une jonction tubulaire selon un second mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est une vue en coupe d'un segment d'un élément tubulaire des jonctions tubulaires des figures 1 et 2 ; et - la figure 4 est une vue en coupe analogue à celle de la figure 3, d'une variante d'un élément tubulaire des jonctions tubulaires des figures 1 et 2. Sur la figure 1 est représentée une jonction tubulaire selon l'invention, désignée par la référence générale 2. La jonction tubulaire 2 comporte deux éléments tubulaires 4, en l'occurrence des tuyaux de canalisation, un manchon 6 d'accouplement et deux garnitures d'étanchéité 8. Les éléments tubulaires 4 comportent chacun une extrémité qui est insérée dans le manchon 6. A chaque fois, l'une des garnitures d'étanchéité 8 est disposée entre le manchon 6 et l'extrémité de l'élément tubulaire 4.
Le manchon 6 peut être en métal, par exemple en fonte. En variante, le manchon 6 a une structure en section transversale identique à celle décrite ci-après en référence aux éléments tubulaires 4. Sur la figure 2 est représentée une jonction tubulaire 2 selon un second mode de réalisation, qui diffère de celui représenté sur la figure 1 uniquement par ce qui suit. Les éléments analogues portent les mêmes références. La jonction tubulaire 2 comprend un élément tubulaire 4, qui est muni d'un bout uni 4A, et un élément tubulaire 4, qui est muni d'un bout à emboîtement 4B. Le bout uni 4A est inséré dans le bout à emboîtement 4B. La jonction tubulaire 2 comprend une seule garniture d'étanchéité 8 qui est disposée entre le bout uni 4A et le bout à emboîtement 4B. La jonction tubulaire 2 ne comporte pas de manchon 6 d'accouplement. La structure des éléments tubulaires 4, vue en section transversale, est montrée sur la figure 3. L'élément tubulaire 4 comprend une couche de structure 10 et une couche intérieure 12. La couche de structure 10 délimite une surface extérieure 14 de l'élément tubulaire 4, tandis que la couche intérieure 12 délimite une surface intérieure 16 de l'élément tubulaire 4. La couche de structure 10 et la couche intérieure 12 sont directement adjacentes et sont fixées l'une à l'autre. La couche de structure 10 comprend une résine 18, des fibres 20 et, dans le cas présent, une charge minérale 22. La couche de structure 10 est notamment constituée de ces composants. La résine 18 de la couche de structure 10 constitue entre 15 et 60 % en poids de la couche de structure 10. La résine 18 constitue notamment entre 20 à 35 % en poids de la couche de structure.
La résine 18 peut être une résine polyester et notamment une résine ortho- phtalique ou iso-phtalique. En variante, la résine 18 peut être une résine vinylester ou une résine époxydique. Dans le cas où la résine est une résine polyester, elle peut comporter un accélérateur, en particulier entre 0,1 et 1% en poids de la résine, et un catalyseur, en particulier entre 1% et 4 % en poids de la résine.
La résine 18 confère de la souplesse à la couche de structure 10. Les fibres 20 constituent notamment entre 2 % et 10 % en poids de la couche de structure 10. Les fibres 20 comprennent des fibres d'alliages métalliques amorphes à base de fer, de phosphore, de carbone et de chrome, et ceci notamment en une teneur comprise entre 4 % et 7% en poids de la couche de structure. En particulier, les fibres d'alliages métalliques amorphes peuvent constituer entre 5 et 6% en poids de la couche de structure 10.
Les fibres métalliques amorphes utilisées dans le cadre de l'invention sont de préférence composées d'un mélange amorphe (Fe, Cr)80 (P, C, Si)20. La composition intrinsèque de ces fibres métalliques, résultant d'un alliage fer- chrome, et leur structure amorphe garantissent avantageusement une inoxydabilité dans le temps même dans des environnements très agressifs tels que des milieux salins et acides. Ces fibres d'alliages métalliques amorphes ont la forme de rubans discontinus élaborés selon les procédés de préparation plus particulièrement décrits dans la demande de brevet FR 2 500 851 ou FR2 765 212. Les rubans sont donc fabriqués par hypertrempe d'un jet de métal liquide sur un élément en rotation à grande vitesse, tel qu'un disque ou une roue, et refroidi à l'eau. Ce refroidissement violent fige le métal liquide dans l'état amorphe (non cristallin), ce qui confère à la fibre, en plus de sa souplesse, une très grande résistance mécanique. De plus, l'état amorphe permet, avec la présence du chrome, d'obtenir une excellente résistance à la corrosion.
Par ruban on entend ici une forme sensiblement parallélépipédique ayant une longueur nettement supérieure à la largeur, elle-même nettement supérieure à l'épaisseur. Ces rubans métalliques ont de préférence une longueur comprise entre 15 millimètres et 30 millimètres et en particulier entre 20 millimètres et 25 millimètres, une largeur de préférence comprise entre 0,5 millimètres et 2 millimètres, et une épaisseur de préférence comprise entre 15 micromètres et 30 micromètres. Ils présentent une résistance à la traction pouvant aller jusqu'à 1800 Mpa. A titre de rubans métalliques à structure amorphe préférentiellement utilisés dans le cadre de la présente invention, on citera tout particulièrement les fibres Fibraflex® commercialisées par la société SAINT-GOBAIN SEVA.
Les fibres 20 peuvent comprendre au moins l'un des types de fibres supplémentaires suivants : - des fibres de verre, - des fibres de matière plastique, notamment des fibres de polypropylène, - des fibres naturelles, notamment des fibres de bambou.
La teneur en ces fibres supplémentaires peut aller jusqu'à 2 % en poids de la couche de structure 10. A titre d'exemple, les fibres supplémentaires peuvent avoir une longueur comprise entre 15 et 20 millimètres. Par ailleurs, les fibres 20 peuvent être constituées par tout mélange des fibres mentionnées ci-dessus, pour autant que les fibres 20 comprennent des fibres d'alliages métalliques amorphes à base de fer, de phosphore, de carbone et de chrome.
La charge minérale 22 constitue notamment entre 30% et 80% en poids de la couche de structure 10. En particulier, la teneur en charge minérale 22 de la couche de structure 10 peut être d'au moins 65 % en poids. La charge minérale 22 peut comprendre au moins l'une des matières suivantes : un sable siliceux, un sable silico-calcaire, du carbonate de calcium. En variante, la charge minérale 22 est un mélange comportant au moins deux de ces matières. La charge minérale 22 a une granulométrie comprise entre 10 micromètres et 4 millimètres, et notamment une granulométrie comprise entre 60 micromètres et 2 millimètres. La couche intérieure 12 comprend une résine 24 et cette couche intérieure 12 est dépourvue de fibres d'alliages métalliques amorphes et est notamment entièrement dépourvue de fibres. La couche intérieure 12 peut comporter jusqu'à 10 % en poids de charge minérale 22 ou alors être dépourvue de charge minérale 22. La résine 24 peut être une résine polyester, notamment une résine ortho- phtalique ou iso-phtalique, une résine vinylester ou une résine époxydique. La résine 24 est de préférence la même résine que la résine 18 de la couche de structure 10. La couche intérieure 12 a une épaisseur qui est en tout point comprise entre 0,5 mm et 3 mm. La couche intérieure 12 est une couche de barrière chimique adaptée pour résister à des fluides ayant une valeur pH1 à pH10. L'épaisseur totale de l'élément tubulaire 4 entre la surface extérieure 14 et la surface intérieure 16 est comprise entre 4mm et 32mm et de préférence entre 4mm et 8mm pour un diamètre nominal de 200mm de l'élément tubulaire et entre 16mm et 32 mm pour un diamètre nominal de 400mm. Sur la figure 4 est montrée une variante de l'élément tubulaire 4 de la figure 3. Cette variante diffère de l'élément tubulaire 4 de la figure 3 uniquement par ce qui suit.
Les éléments analogues portent les mêmes références. L'élément tubulaire 4 comporte une couche extérieure 30 comprenant de la résine 32 et dépourvue des fibres d'alliages métalliques amorphes. La couche extérieure 30 est notamment dépourvue de fibres. De plus, la couche extérieure 30 peut être dépourvue de charge minérale 22.
La couche extérieure 30 est donc de préférence constituée entièrement de résine 32. La résine 32 peut être une résine polyester, notamment une résine ortho- phtalique ou iso-phtalique, une résine vinylester ou une résine époxydique. De préférence, la résine 32 est la même résine que la résine 18 de la couche de structure 10. La couche extérieure 30 a, en tout point, une épaisseur comprise entre 500 micromètres et 1 millimètre.
La couche extérieure 30 est directement adjacente à la couche de structure 10. La surface extérieure 14 de l'élément tubulaire 4 est formée par la couche extérieure 30. La couche extérieure 30 est donc une couche de finissage et assure l'imperméabilité du matériau et une résistance contre les attaques chimiques des sols dans lesquels l'élément tubulaire 4 est enterré. Les éléments tubulaires 4 des figures 3 et 4 sont fabriqués de préférence par les procédés suivants. Selon un premier procédé, on fabrique la couche de structure 10 en déposant un mélange de résine liquide 18, de fibres 20 et éventuellement de charge minérale 22 dans un moule en rotation. Puis, on dépose la couche intérieure 12 sur la couche de structure 10.
Selon un second procédé, on dépose un mélange de résine liquide 18, de fibres 20 et éventuellement de charge minérale 22 dans un moule en rotation, la force centrifuge entraînant, par ressuage, la formation de la couche intérieure 12 dépourvue de fibres 20. Enfin, indépendamment du procédé, on laisse ensuite la résine polymériser et on extrait l'élément tubulaire 4 du moule.
L'élément tubulaire de la figure 4 est fabriqué de la même manière avec les modifications suivantes. Selon un troisième mode de réalisation, on dépose de la résine, correspondant à la couche extérieure 30, à l'état liquide dans un moule en rotation. Ensuite, avant polymérisation complète de la couche extérieure 30 et lorsque la résine de cette couche extérieure est suffisamment visqueuse pour ne plus fluer, on dépose le mélange de la couche de structure 10 directement sur la surface intérieure de la couche extérieure 30 suivant l'un des procédés décrits ci-dessus. Selon un quatrième mode de réalisation, on fabrique tout d'abord la couche de structure 10 et la couche intérieure 12 comme décrit ci-dessus et ensuite on dépose la couche extérieure 30 sur la surface extérieure de la couche de structure 10. La fabrication de l'élément tubulaire 4 peut être faite en utilisant un procédé et un dispositif tel que décrits dans FR 2 958 203. Les modifications par rapport à ce document sont les suivantes : Le mélange de résine 18, de fibres 20 et de la charge minérale 22 est déposé dans une coquille métallique formant moule rotatif, par exemple en acier, et non pas dans un tuyau en fonte comme dans le document FR 2 958 203. La résine 18 est par exemple introduite dans le dispositif de mélange et de projection par le premier et/ou le second dispositif d'introduction de matière liquide de FR 2 958 203 et les fibres 20 et la charge minérale 22 par le premier et/ou le deuxième dispositif d'introduction de matière sèche de FR 2 958 203. Une fois la couche de structure 10 polymérisée, elle est extraite de la coquille.
D'une manière complémentaire au dispositif de FR 2 958 203, une canne de pulvérisation, telle qu'utilisée habituellement pour pulvériser de la peinture, peut être utilisée pour déposer de la résine pure afin de former la couche extérieure 30 dans la coquille ou afin de former la couche intérieure 12.
La coquille peut être chauffée et refroidie en fin de dépose pour accélérer la polymérisation et la rétraction thermique afin de pouvoir extraire le tuyau de sa coquille. Les fibres d'alliages métalliques amorphes que contient la couche de structure 10 sont inoxydables et ne se dégradent pas dans le temps en milieu corrosif, conférant ainsi à la couche de structure 10 une résistance à la corrosion dans le temps élevée. Elles permettent aussi d'augmenter la résistance à la microfissuration ainsi que la résistance à la traction de l'élément tubulaire, grâce à un ancrage solide des fibres dans la résine 18. Les fibres d'alliages métalliques amorphes présentent par ailleurs une flexibilité importante, ce qui facilite leur mise en oeuvre dans le procédé de fabrication de l'élément tubulaire selon l'invention.
Enfin, les fibres d'alliages métalliques amorphes présentes dans la couche de structure 10 permettent une détection à distance des éléments tubulaires 4 enterrés, et ce par toute méthode de détection magnétique adéquate.
Claims (12)
- REVENDICATIONS1.- Elément tubulaire, du type comprenant au moins une couche de structure (10) comprenant une résine, notamment entre 15 % et 60 % en poids de la couche de structure, et des fibres 20, notamment entre 2 % et 10 % en poids de la couche de structure, caractérisé en ce que les fibres comprennent des fibres d'alliages métalliques amorphes à base de fer, de phosphore, de carbone et de chrome, notamment comprises entre 4 % et 7 % en poids de la couche de structure.
- 2.- Elément tubulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres d'alliages métalliques amorphes ont la forme de rubans ayant une longueur comprise entre 15 mm et 30 mm, une largeur comprise entre 0,5 mm et 2 mm, et une épaisseur comprise entre 15 lm et 30 lm.
- 3.- Elément tubulaire selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les fibres d'alliages métalliques amorphes sont composées d'un mélange amorphe (Fe, Cr)80 (P, C, Si)20.
- 4.- Elément tubulaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fibres (20) comprennent au moins l'un des types de fibres supplémentaires suivants : - des fibres de verre, - des fibres de matière plastique, notamment des fibres de polypropylène, - des fibres naturelles, notamment des fibres de bambou.
- 5.- Elément tubulaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche de structure (10) comprend en outre une charge minérale (22), notamment comprise entre 30 % et 80 % en poids de la couche de structure.
- 6.- Elément tubulaire selon la revendication 5, caractérisé en ce que la charge minérale (22) comprend au moins l'une des matières suivantes : - un sable siliceux, - un sable silico-calcaire, - du carbonate de calcium ou - un mélange de ces matières.
- 7.- Elément tubulaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la résine est l'une des résines suivantes : - résine polyester, telle qu'orthophtalique ou isophtalique, - résine vinylester, - résine époxydique.
- 8.- Elément tubulaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément tubulaire comprend une couche intérieure (12) comprenant de la résine (24) et dépourvue des fibres d'alliages métalliques amorphes, notamment entièrement dépourvue des fibres.
- 9.- Elément tubulaire selon la revendication 8, caractérisé en ce que la couche intérieure (12) a une épaisseur en tout point comprise entre 0,5 mm et 3 mm.
- 10.- Elément tubulaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément tubulaire comprend une couche extérieure (30) comprenant de la résine (32) et dépourvue des fibres d'alliages métalliques amorphes, notamment entièrement dépourvue des fibres.
- 11.- Elément tubulaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est un tuyau de canalisation.
- 12.- Procédé de fabrication d'un élément tubulaire selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par les étapes successives suivantes : - entraînement en rotation d'un moule, - projection d'un mélange de la résine liquide (18) et des fibres d'alliages métalliques amorphes sur la surface intérieure du moule en rotation, - polymérisation de la résine (18), - extraction de l'élément tubulaire du moule.
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