WO2006021711A1 - Elements allonges renforces tels que des tubes , procede et appareil pour leur fabrication et utilisation de ces elements allonges - Google Patents

Elements allonges renforces tels que des tubes , procede et appareil pour leur fabrication et utilisation de ces elements allonges Download PDF

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WO2006021711A1
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thermoplastic resin
ribbons
elongated
layer
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Inventor
Michel Brisson
Guy Dupupet
Jean Luyckx
Original Assignee
Societe Des Fibres De Carbone
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Definitions

  • the invention relates to the technical field of manufacturing elongated elements, such as tubes, for example off-shore tubes. So far, it has been realized the manufacture of very heavy steel tubes which have problems of corrosion in the marine environment, and which are also difficult to weld.
  • the method and the device described in this document can directly prepare solid or tubular profiles regardless of their section.
  • the new technical problem to be solved is to be able to manufacture tubes of very great length, generally limited only by the dimensions of the factory or possibly transport. Regarding the invention, it is possible to manufacture tubes longer than 30 meters and up to 100 meters or more.
  • the invention is not limited to the manufacture of circular section tubes but can be used to manufacture other profiles such as sections of flat or square section, boat masts, wind turbine blades.
  • the invention still makes it possible to manufacture tubes in a manner freed from the geometry of the section of the tube.
  • This geometry can be of any shape.
  • Another technical problem that the invention aims to solve is the manufacture of tube using thermoplastic resin and not thermosetting.
  • the invention thus aims to replace the very heavy steel tubes which have corrosion problems and also difficult to weld.
  • the weight is so important that these structures do not withstand their own weight.
  • the present invention covers, as new product, a reinforced elongated element, comprising an elongated core, covered with at least one layer of composite material comprising a plurality of ribbons wound around said core, each ribbons being made using son or reinforcing fibers, for example son or fiberglass or carbon, embedded in a thermoplastic resin matrix.
  • son or reinforcing fibers are preferably continuous.
  • the son or fibers are advantageously of great length generally corresponding substantially to the length of the ribbons.
  • thermoplastic resin itself is commercially available in the form of granules. Also, with regard to the manufacture of the ribbon used according to the invention, the method and the apparatus as described in document FR-A-2,031,719 mentioned above can be used. Of course, other ribbon making techniques of this type can be used. As regards the use of thermoplastic resin, the mechanical strength is much higher, particularly with respect to the impact resistance, compared to the use of thermosetting resin.
  • thermoplastic resin also allows greater ease of realization of the tubes. Since the invention produces elongated elements, such as tubes or tubular elements, with a thermoplastic resin, their use must be limited in places where the temperature must not exceed 100 ° C., that is to say either in the soil , or at sea where an interesting application is off-shore especially for oil installations. In the case of the production of tubes which can reach a length of 100 m, these are then connected together by connector devices which may be metallic to ensure a perfect seal, devices of this type being commercially available in particular from Freyssinet International domiciled in France.
  • the aforementioned elongated core is made of a metal or a metal alloy, in particular steel, preferably stainless.
  • the core is made of a thermoplastic material, in particular "nylon", preferably of the same nature as the thermoplastic resin used to make the matrix of the ribbon.
  • the thermoplastic resin comprises or consists of polyamide 11 or polyamide 12.
  • the aforementioned core has a substantially convex shape.
  • the elongated core essentially or essentially has a tube-like hollow tubular shape.
  • the tapes are wound around the core at a predetermined angle with respect to the longitudinal axis of the elongated element, according to the desired mechanical strength for the intended application.
  • this angle will be between 20 ° and 70 °.
  • the angle envisaged is currently between 30 and 60 °.
  • the angle envisaged is currently between 20 and 70 °.
  • the outermost layer on the elongated element is made of composite material comprising a plurality of ribbons also wound around the previous layer, said ribbons comprising a thermoplastic resin matrix and a reinforcement material in the form of yarns or fibers, glass or carbon.
  • the layer of thermoplastic composite material itself constituting a protective layer due to its mechanical strength, including its impact resistance.
  • the present invention also relates to a method of manufacturing reinforced elongated elements, characterized in that it comprises: a. Providing a support member of an elongated core having means for translational movement of said elongated core; b.
  • the movement in translation of the elongate core with the synchronized winding at a predetermined angle is carried out synchronously with at least one ribbon by rotating at least one ribbon storage cassette; boy Wut.
  • the formation of a layer is carried out either by the unwinding of a sufficient number of ribbons to form said layer, or by carrying out several passages in translation of said core to effect the winding of said ribbons, h. Cooling or allowing to cool, after said heating, thereby obtaining the reinforced elongate member.
  • the operation can be repeated to deposit an additional layer or a plurality of layers with ribbons of different nature.
  • means are provided for adjusting the unfolding angle of each ribbon around said core.
  • cassette holders of said ribbons there are several successive arrangements of cassette holders of said ribbons, in order to achieve in a single translational movement of the core or the elongated element, the deposition of several layers made of composite material.
  • the winding of each ribbon is carried out with a predetermined tension, for example a tensile force of about one decanewton (one kilogram) per ribbon so that, when the resin thermoplastic is in fusion, it is realized a self-effect of displacement towards the center thus towards the core of the son or fibers embedded in the resin of each ribbon, by an effect of internal tension, from where a plating effect on the soul or the previous layer.
  • the heating device of the thermoplastic resin is oriented so as to avoid heating the core or the previous layer, so as not to degrade it.
  • the heating is carried out using nozzles diffusing a hot air at a temperature at least higher than the melting temperature of the thermoplastic resin used.
  • the invention therefore makes it possible to use only hot air that is inherently less aggressive with respect to the matrix than a flame used in the prior art.
  • an elongated element of tubular form of arbitrary polygonal or circular cross-section is used, advantageously hollow so as to form tubes or pipes for the transport of material, in particular fluid, in particular oil. or liquid gas or not.
  • the invention is not limited by a particular form of the elongate element because, thanks to the use of ribbons, these fit any geometric shape.
  • the invention is however advantageously used to reinforce souls of substantially convex shape, that is to say having no hollow on their outer surface, hollow on which it is extremely difficult to apply said ribbons.
  • the present invention also covers an apparatus for manufacturing reinforced elongated elements, characterized in that it comprises: a. Providing a support member of an elongated core having means for translational movement of said elongated core; b. The provision of at least one cassette and advantageously a plurality of tape storage cassettes made of composite material comprising a thermoplastic resin matrix in which glass or carbon fibers or fibers are embedded, c. The provision of means for rotating each cassette. d. The provision of means for synchronizing the displacement means in translation of the elongate core and means for rotating each ribbon cassette. e.
  • control means in synchronized manner, means for synchronizing the displacement means in translation of the elongated core and means for rotating each tape cassette; these control means being provided either to perform the unwinding of a sufficient number of ribbons to form at least one layer of composite material comprising a plurality of ribbons wound around the elongated core, or to perform several translation passages of said core for winding said ribbons; boy Wut. Said control means being provided for controlling each heating device at a temperature above a melting temperature of the thermoplastic resin for a period of time sufficient to effect the complete melting of the thermoplastic resin and the bonding of a composite material layer. on said soul or on the previous layer.
  • cooling means may be provided downstream of the heating device (s).
  • the apparatus may be provided to allow the operation to be repeated to deposit an additional layer or a plurality of layers with ribbons of different nature.
  • it may be provided at least a second set of at least one cassette and advantageously several tape storage cassettes of identical nature or different nature.
  • the apparatus it is possible to provide means for adjusting the voltage at a predetermined value of the winding of each ribbon, for example by providing that these voltage adjustment means make it possible to adjusting and pulling force of about one decanewton (one kilogram) per ribbon, so that when the thermoplastic resin is melted, an auto-effect of movement towards the center, thus toward the fiber core embedded in the resin of each ribbon, by an internal tension effect, hence a plating effect on the soul or the previous layer.
  • the heating device of the thermoplastic resin is oriented so as to avoid heating the core or the previous layer, so as not to degrade.
  • the heating device comprises nozzles diffusing a hot air at a temperature at least greater than the melting temperature of the thermoplastic resin used.
  • the present invention further covers the use of the aforementioned reinforced elongated elements, in particular obtained by the method according to the invention or the apparatus of manufacture of the invention, for the manufacture of pipes buried in the ground or used in off-shore especially on the seabed. It is thus understood that the invention makes it possible to solve the previously mentioned technical problems and, consequently, a new and non-obvious solution for a person skilled in the art.
  • the temperatures are given in degrees Celsius, the pressure is the atmospheric pressure; the atmosphere is air unless otherwise indicated.
  • FIG. 1 represents a simplified, lateral general view of a first embodiment of an apparatus according to the invention, given by way of illustration;
  • FIG. 2 represents an enlarged view of a part of the apparatus produced according to the invention and configuring the rotating means, for example in the form of a wheel or plate, serving as support for the cassettes comprising the ribbons;
  • FIG. 3 represents an enlarged view of a part of the apparatus made according to the invention with the detail of the operation of depositing the ribbons contained in the cassettes;
  • Figure 4 shows the detail of a cassette clearly showing the storage of the tape wound on it and its unwinding
  • FIG. 5 represents the detail of a reinforced elongated element obtained according to the invention with a layer formed of a plurality of strips 32;
  • FIG. 6 represents a detail view of the construction of a ribbon formed by the combination of a matrix of thermoplastic material and reinforcing threads or fibers, for example threads or glass or carbon fibers, according to reference VI shown in Figure 6.
  • an apparatus according to the invention is represented by general reference number 10, and is characterized in that it comprises: a.
  • the provision of a support element 20 of a soul 22 of elongate shape, comprising means for performing a translational movement T of said elongated core, these translation means are well known to the man of the art and are therefore not represented here; b.
  • synchronization means (61), conventional well known to those skilled in the art and schematized here to simplify the figure, means 20 for translational movement of the core 22 of elongated shape and means 36 for placing in rotation of each tape cassette 30, by the presence of two links 62 and 64, respectively.
  • e. The provision of at least one heating device 50 at a temperature above the melting temperature of the thermoplastic resin 34 for a period of time sufficient to achieve the complete melting of the thermoplastic resin and the bonding of the layer 33 of composite material on said core 22 or on the previous layer.
  • control means 60 synchronously, by a link 68, synchronization means 61, translation displacement means 20 of the core 22 of elongated shape and means 36 for rotating each tape cassette 30;
  • control means 60 are provided:
  • control means 60 are also provided for controlling by a link 66 each heating device 50 at a temperature above a melting temperature of the thermoplastic resin 34 for a period of time sufficient to effect the complete melting of the thermoplastic resin 34 and the bonding of a layer 33 of composite material on said core 22 or on the previous layer.
  • the apparatus 10 can be provided to allow the user to start again. operation for depositing an additional layer or a plurality of layers with ribbons 32 of different nature.
  • it may be provided at least a second set 38 of at least one cassette 30 and advantageously several cassettes 30 of tape storage 32 is of identical nature or different nature.
  • the apparatus it is possible to provide voltage adjustment means, such as 80.82, at a predetermined voltage value of the winding of each ribbon 32, for example in providing that said tension adjusting means 80,82 allows adjustment to a tensile force of about one decanewton (one kilo) per ribbon 32, so that when the thermoplastic resin 34 is melted, an auto ⁇ effect of displacement towards the center and thus towards the core of the threads or fibers embedded in the resin of each ribbon 32 is achieved by an effect of internal tension, hence a plating effect on the soul or the previous layer.
  • the plate 38 may also comprise a frustoconical portion 46 supporting the means 82, and a disk member 48 supporting means 40 for guiding the ribbons 32, comprising for example rods 42 and pins 44 (see Figure 3).
  • each heating device 50 of the thermoplastic resin 34 is oriented so as to avoid heating the core or the previous layer, so as not to degrade.
  • each heating device 50 comprises nozzles 52 diffusing a hot air at a minimum temperature higher than the melting temperature of the thermoplastic resin 34 used.
  • These nozzles 52 can naturally be made in a rotatable manner to be arranged at an appropriate orientation angle to diffuse the hot air under the best heating conditions.

Abstract

L'invention concerne un élément allongé renforcé, son procédé et appareil pour sa fabrication, ainsi que son utilisation. Cet élément allongé renforcé (12) comprend une âme (22) de forme allongée, recouverte d'au moins une couche (33) en matériau composite comprenant une pluralité de rubans (32) enroulés autour de ladite âme, chacun des rubans (32) étant réalisé à l'aide de fils ou de fibres (35) de verre ou de carbone noyés dans une matrice (34) en résine thermoplastique. Cet élément allongé peut être sous forme de tubes de grande longueur utilisable en off-shσre.

Description

ELEMENTS ALLONGES RENFORCES TELS QUE DES TUBES, PROCEDE ET APPAREIL POUR LEUR FABRICATION ET UTILISATION DE CES ELEMENTS ALLONGES
L'invention concerne le domaine technique de fabrication d'éléments allongés, tels que des tubes, par exemples tubes off-shore. Jusqu'à présent, il a été réalisé la fabrication de tubes en acier très lourds qui ont des problèmes de corrosion en milieu marin, et qui sont également difficiles à souder.
On connaît aussi par le document FR-A-2.031.719 (Société du Verre Textile) déposé le 5 février 1969, un procédé et un dispositif pour l'obtention de produits composés de fibres agglomérées par des résines synthétiques, en particulier, des résines thermoplastiques.
Le procédé et le dispositif décrits dans ce document permettent de préparer directement des profilés pleins ou tubulaires quelles que soient leur section.
BUTS DE L'INVENTION
Le nouveau problème technique à résoudre est de pouvoir fabriquer des tubes de très grande longueur, en général limités uniquement par les dimensions de l'usine ou éventuellement du transport. Concernant l'invention, il est possible de fabriquer des tubes d'une longueur supérieure à 30 mètres et pouvant aller jusqu'à 100 mètres voire plus.
L'invention n'est pas limitée à la fabrication de tubes de section circulaire mais peut être utilisée pour fabriquer d'autres profilés tels que des profilés de section plate ou carrée, des mats de bateau, des pales d'éolienne.
L'invention permet encore de fabriquer des tubes de manière affranchie de la géométrie de la section du tube. Cette géométrie peut être d'une forme quelconque.
Un autre problème technique que l'invention vise à résoudre est la fabrication de tube à l'aide de résine thermoplastique et non pas thermodurcissable.
L'invention vise ainsi à remplacer les tubes en acier très lourds qui ont des problèmes de corrosion et également difficiles à souder. Dans la structure off-shore de type métallique, au-delà d'une certaine longueur comme par exemple 1500 m de profondeur, le poids est tellement important que ces structures ne résistent pas à leur propre poids.
L'invention permet aussi de résoudre ce problème. Selon un premier aspect, la présente invention couvre, à titre de produit nouveau, un élément allongé renforcé, comprenant une âme de forme allongée, recouverte d'au moins une couche à matériau composite comprenant une pluralité de rubans enroulés autour de ladite âme, chacun des rubans étant réalisé à l'aide de fils ou de fibres de renforcement, par exemple des fils ou fibres de verre ou de carbone, noyés dans une matrice en résine thermoplastique. Ces fils ou fibres de renforcement sont de préférence continus. Ainsi, les fils ou fibres sont avantageusement de grande longueur en général correspondant sensiblement à la longueur des rubans.
Dans le cadre de l'invention, la résine thermoplastique elle-même est disponible dans le commerce, sous forme de granulés. Egalement , en ce qui concerne la fabrication du ruban utilisé selon l'invention, on peut utiliser le procédé et l'appareil tels que décrits dans le document FR-A-2.031.719 cité ci-dessus. Naturellement, d'autres techniques de fabrication de ruban de ce type peuvent être utilisées. Concernant l'utilisation de résine thermoplastique, la résistance mécanique est beaucoup plus élevée notamment à la résistance aux chocs, par rapport à l'utilisation de résine thermodurcissable.
L'utilisation de résine thermoplastique permet aussi une plus grande facilité de réalisation des tubes. Comme l'invention fabrique des éléments allongés , tels que des tubes ou éléments tubulaires, avec une résine thermoplastique, leur utilisation doit être limitée dans des lieux où la température ne doit pas excéder 1000C, c'est à dire soit dans le sol, soit en mer où une application intéressante est en off-shore notamment pour les installations pétrolières. Dans le cas de la réalisation de tubes qui peuvent atteindre une longueur de 100 m, ceux-ci sont ensuite connectés entre eux par des dispositifs connecteurs qui peuvent eux être métalliques de manière à assurer une étanchéité parfaite, des dispositifs de ce type étant disponibles dans le commerce notamment auprès de la société Freyssinet International domiciliée en France.
Selon une variante de réalisation, l'âme de forme allongée précitée est réalisée en un métal ou un alliage de métal, notamment en acier, de préférence inoxydable.
Selon une autre variante de réalisation, l'âme est réalisée en un matériau thermoplastique, en particulier « nylon », de préférence de même nature que la résine thermoplastique servant à réaliser la matrice du ruban. Selon encore une autre variante de réalisation, la résine thermoplastique comprend ou est constituée de polyamide 11 ou de polyamide 12.
Selon encore un mode de réalisation avantageux de l'invention, l'âme précitée présente une forme essentiellement convexe. Selon un mode de réalisation actuellement préféré, l'âme de forme allongée présente principalement ou essentiellement une forme tubulaire creuse de type tube.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, les rubans sont enroulés autour de l'âme selon un angle prédéterminé par rapport à l'axe longitudinal de l'élément allongé, selon la résistance mécanique souhaitée pour l'application envisagée.
Par exemple, cet angle sera compris entre 20° et 70°. Pour des applications "type off-shore", l'angle envisagé est actuellement compris entre 30 et 60°. Pour des applications de type "pale d'éolienne", l'angle envisagé est actuellement compris entre 20 et 70°.
Selon un mode de réalisation avantageux, on peut prévoir au moins une et de préférence plusieurs couches d'un matériau composite de même nature ou de nature différente, notamment de rubans différents ou disposés selon des angles d'enroulement différents.
Selon encore un autre mode de réalisation en particulier, on peut prévoir au moins une couche réalisée en un matériau composite comprenant une résine thermoplastique et utilisant comme renfort des fibres de verre, lesdites fibres de verre pouvant être enroulées selon des angles d'enroulement pré-déterminés autour de la couche précédente.
Selon encore un autre mode de réalisation avantageux, on prévoit que la couche la plus externe sur l'élément allongé est réalisée en matériau composite comprenant une pluralité de rubans également enroulés autour de la couche précédente, lesdits rubans comprenant une matrice en résine thermoplastique et une matière de renfort sous forme de fils ou de fibres, de verre ou de carbone.
Grâce à l'invention, il n'est plus nécessaire d'avoir une couche de protection des éléments allongés, la couche en matériau composite thermoplastique constituant elle-même une couche de protection grâce à sa résistance mécanique, notamment à sa résistance aux chocs.
On observera que, dans les essais de résistance aux chocs, pour des résines thermodurcissables du type "epoxy", l'énergie nécessaire pour aboutir à une rupture est en général 5 fois plus faible que celle qui est nécessaire pour obtenir une rupture dans le cadre des résines thermoplastiques. Ce qui démontre l'intérêt de pouvoir réaliser des éléments allongés avec des résines thermoplastiques comme dans le cas de la présente invention. Selon un deuxième aspect, la présente invention concerne également un procédé de fabrication d'éléments allongés renforcés, caractérisé en ce qu'il comprend : a. La prévision d'un élément de support d'une âme de forme allongée, comportant des moyens permettant de réaliser un mouvement de translation de ladite âme de forme allongée ; b. La prévision d'au moins une cassette et avantageusement plusieurs cassettes de stockage de rubans réalisés en matériau composite comprenant une matrice en résine thermoplastique dans laquelle sont noyés des fils ou fibres de renforcement, par exemple des fils ou fibres de verre ou de carbone, c. La prévision de moyens de mise en rotation de chaque cassette. d. La prévision de moyens de synchronisation des moyens de déplacement en translation de l'âme de forme allongée et des moyens de mise en rotation de chaque cassette de ruban. e. La prévision d'au moins un dispositif de chauffage à une température supérieure à la température de fusion de la résine thermoplastique pendant une période de temps suffisante pour réaliser la fusion complète de la résine thermoplastique et le collage de la couche en matière composite sur ladite âme ou sur la couche précédente. f. On réalise, de manière synchronisée, le déplacement en translation de l'âme de forme allongée avec l'enroulement synchronisé selon un angle prédéterminé, d'au moins un ruban par mise en rotation d'au moins une cassette de stockage du ruban ; g. On réalise la formation d'une couche soit par le déroulement d'un nombre de rubans suffisant pour former ladite couche, soit en réalisant plusieurs passages en translation de ladite âme pour réaliser l'enroulement desdits rubans, h. On refroidit ou on laisse refroidir, après ledit chauffage, en obtenant ainsi l'élément allongé renforcé.
Eventuellement, on peut recommencer l'opération pour déposer une couche supplémentaire ou une pluralité de couches avec des rubans de nature différente.
Avantageusement, on prévoit des moyens de réglage de l'angle de déroulement de chaque ruban autour de ladite âme.
Selon un mode avantageux de procédé de l'invention, on prévoit plusieurs dispositifs successifs de supports de cassette desdits rubans, afin de réaliser en un seul mouvement de translation de l'âme ou de l'élément de forme allongée, le dépôt de plusieurs couches en matériau composite.
Selon un mode avantageux de réalisation de l'invention, on réalise l'enroulement de chaque ruban avec une tension prédéterminée, par exemple une force de traction d'environ un décanewton (un kilo) par ruban de manière à ce que, lorsque la résine thermoplastique est en fusion, il se réalise un auto-effet de déplacement vers le centre donc vers l'âme des fils ou fibres noyés dans la résine de chaque ruban, par un effet de tension interne, d'où un effet de placage sur l'âme ou la couche précédente. Selon l'invention, le dispositif de chauffage de la résine thermoplastique est orienté de façon à éviter un chauffage de l'âme ou de la couche précédente, afin de ne pas la dégrader.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, le chauffage est réalisé à l'aide de buses diffusant un air chaud à une température au minimum supérieure à la température de fusion de la résine thermoplastique utilisée.
L'invention permet donc d'utiliser uniquement de l'air chaud par nature moins agressif vis à vis de la matrice qu'une flamme utilisée dans la technique antérieure.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, on utilise un élément allongé de forme tubulaire de section quelconque polygonale ou circulaire, avantageusement creux de manière à former des tubes ou canalisations pour le transport de matériau, en particulier de fluide, notamment du pétrole ou du gaz liquide ou non.
L'invention n'est pas limitée par une forme particulière de l'élément allongé car, grâce à l'emploi de rubans, ceux-ci épousent toute forme géométrique. L'invention est cependant avantageusement utilisée pour renforcer des âmes de forme essentiellement convexes, c'est à dire ne comportant pas de creux sur leur surface externe, creux sur lesquels il est extrêmement difficile d'appliquer lesdits rubans.
Selon un troisième aspect, la présente invention couvre aussi un appareil de fabrication d'éléments allongés renforcés, caractérisé en ce qu'il comprend : a. La prévision d'un élément de support d'une âme de forme allongée, comportant des moyens permettant de réaliser un mouvement de translation de ladite âme de forme allongée ; b. La prévision d'au moins une cassette et avantageusement plusieurs de cassettes de stockage de rubans réalisés en matériau composite comprenant une matrice en résine thermoplastique dans laquelle sont noyés des fils ou fibres de verre ou de carbone, c. La prévision de moyens de mise en rotation de chaque cassette. d. La prévision de moyens de synchronisation des moyens de déplacement en translation de l'âme de forme allongée et des moyens de mise en rotation de chaque cassette de ruban. e. La prévision d'au moins un dispositif de chauffage à une température supérieure à la température de fusion de la résine thermoplastique pendant une période de temps suffisante pour réaliser la fusion complète de la résine thermoplastique et le collage de la couche en matière composite sur ladite âme ou sur la couche précédente. f. La prévision de moyens de commande, de manière synchronisée, des moyens de synchronisation des moyens de déplacement en translation de l'âme de forme allongée et des moyens de mise en rotation de chaque cassette de ruban ; ces moyens de commande étant prévus soit pour réaliser le déroulement d'un nombre de rubans suffisant pour former au moins une couche en matériau composite comprenant une pluralité de rubans enroulés autour de l'âme de forme allongée, soit pour réaliser plusieurs passages en translation de ladite âme pour réaliser un enroulement desdits rubans ; g. Lesdits moyens de commande étant prévus pour commander chaque dispositif de chauffage à une température supérieure à une température de fusion de la résine thermoplastique pendant une période de temps suffisante pour réaliser la fusion complète de la résine thermoplastique et les collages d'une couche en matière composite sur ladite âme ou sur la couche précédente.
Dans le cas de l'appareil de l'invention, pour accélérer le refroidissement de l'élément allongé renforcé obtenu, il peut être prévu des moyens de refroidissement en aval du ou des dispositif(s) de chauffage.
Sur une variante de réalisation de l'appareil de l'invention, l'appareil peut être prévu pour permettre de recommencer l'opération pour déposer une couche supplémentaire ou une pluralité de couches avec des rubans de nature différente. Dans ce cadre, il peut être prévu au moins un deuxième ensemble d'au moins une cassette et avantageusement de plusieurs cassettes de stockage de rubans soit de nature identique, soit de nature différente. Ainsi, selon un mode avantageux de l'appareil de l'invention, on prévoit plusieurs dispositifs successifs de support de cassettes desdits rubans, afin de réaliser en un seul mouvement de translation d'un élément de forme allongée et le dépôt de plusieurs couches en matériaux composites.
Selon un autre mode de réalisation avantageux de l'appareil selon l'invention, on peut prévoir des moyens de réglage de tension à une valeur prédéterminée de l'enroulement de chaque ruban, par exemple en prévoyant que ces moyens de réglage de tension permettent d'effectuer un réglage et une force de traction d'environ un décanewton (un kilo) par ruban, de manière à ce que, lorsque la résine thermoplastique est en fusion, il se réalise un auto-effet de déplacement vers le centre donc vers l'âme des fils aux fibres noyées dans la résine de chaque ruban, par un effet de tension interne, d'où un effet de placage sur l'âme ou la couche précédente.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, le dispositif de chauffage de la résine thermoplastique est orienté de façon à éviter un chauffage de l'âme ou de la couche précédente, afin de ne pas la dégrader. Selon encore un autre mode de réalisation avantageux de l'appareil selon l'invention, on peut prévoir que le dispositif de chauffage comprend des buses diffusant un air chaud à une température au minimum supérieure à la température de fusion de la résine thermoplastique utilisée. Selon un quatrième aspect, la présente invention couvre encore l'utilisation des éléments allongés renforcés précités, en particulier obtenus par le procédé selon l'invention ou l'appareil de fabrication de l'invention, pour la fabrication de canalisations enterrées dans le sol ou utilisées en off-shore en particulier sur les fonds marins. On comprend ainsi que l'invention permet bien de résoudre les problèmes techniques précédemment énoncés et, par conséquent, une solution nouvelle et non évidente pour un homme de l'art.
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront clairement à la lumière de la description explicative qui va suivre faite en référence à un mode de réalisation actuellement préféré d'un appareil selon l'invention, et permettant de mettre en œuvre le procédé selon l'invention précédemment décrit, donné simplement à titre d'illustration et qui ne saurait donc, en aucune façon, limiter la portée de l'invention.
L'appareil selon l'invention est représenté dans les figures annexées , et fait partie intégrante de l'invention et de ce fait toute caractéristique de cet appareil qui apparaîtra nouvelle par rapport à un état de la technique quelconque, est revendiquée en tant que moyen général et dans sa fonction, ainsi que ses équivalents techniques.
Dans les exemples, les températures sont données en degrés celsius, la pression est la pression atmosphérique; l'atmosphère est l'air, sauf indication contraire.
La figure 1 représente une vue générale simplifiée, latérale, d'un premier mode de réalisation d'un appareil selon l'invention, donné à titre d'illustration ;
La figure 2 représente une vue agrandie d'une partie de l'appareil réalisé selon l'invention et configurant les moyens de mise en rotation, par exemple sous la forme d'une roue ou plateau, servant de support aux cassettes comportant les rubans ;
La figure 3 représente une vue agrandie d'une partie de l'appareil réalisé selon l'invention avec le détail de l'opération de dépose des rubans contenus dans les cassettes ;
La figure 4 représente le détail d'une cassette montrant clairement le stockage du ruban enroulé sur celle-ci et son dévidage ;
La figure 5 représente le détail d'un élément de forme allongée renforcée obtenue selon l'invention avec une couche formée d'une pluralité de rubans 32 ; et
La figure 6 représente une vue de détail de construction d'un ruban formé par la combinaison d'une matrice en matière thermoplastique et des fils ou fibres de renforcement, par exemple de fils ou de fibres de verre ou de carbone, selon le repère VI indiqué sur la figure 6. En référence aux figures 1 à 6, un appareil selon l'invention est représenté par numéro de référence générale 10, et est caractérisé en ce qu'il comprend : a. La prévision d'un élément de support 20 d'une âme 22 de forme allongée, comportant des moyens permettant de réaliser un mouvement de translation T de ladite âme de forme allongée, ces moyens de translation sont bien connus de l'homme de l'art et ne sont donc pas représentés ici ; b. La prévision d'au moins une cassette 30, et avantageusement plusieurs (ici 12) cassettes 30 de stockage de rubans 32 réalisés en matériau composite comprenant une matrice (34) en résine thermoplastique dans laquelle sont noyés des fils ou fibres de renforcement (35), par exemple des fils ou fibres de verre ou de carbone ; c. La prévision de moyens 36 de mise en rotation de chaque cassette 30, ces moyens 36 de mise en rotation comprenant par exemple un axe de rotation 37, autour duquel les cassettes 30 sont en rotation libre. Dans le mode de réalisation actuellement préféré représenté à la figure 1, les axes de rotation 37 sont eux-mêmes supportés par un plateau 38, mis en rotation par des moyens de mise en rotation classiques bien connus de l'homme de l'art . L'ensemble de ces éléments constitue les moyens 36 de mise en rotation de chaque cassette 30 ; d. La prévision de moyens de synchronisation (61), classiques bien connus de l'homme de l'art et schématisés ici pour simplifier la figure, des moyens 20 de déplacement en translation de l'âme 22 de forme allongée et des moyens 36 de mise en rotation de chaque cassette 30 de ruban 32, par la présence de deux liaisons 62 et 64, respectivement. e. La prévision d'au moins un dispositif 50 de chauffage à une température supérieure à la température de fusion de la résine thermoplastique 34 pendant une période de temps suffisante pour réaliser la fusion complète de la résine thermoplastique et le collage de la couche 33 en matière composite sur ladite âme 22 ou sur la couche précédente. f. La prévision de moyens de commande 60, de manière synchronisée, par une liaison 68, des moyens de synchronisation 61, des moyens de déplacement en translation 20 de l'âme 22 de forme allongée et des moyens 36 de mise en rotation de chaque cassette 30 de ruban 32 ;
Ces moyens de commande 60 sont prévus :
- soit pour réaliser le déroulement d'un nombre de rubans 32 suffisants pour former au moins une couche 33 en matériau composite comprenant une pluralité de rubans enroulés autour de l'âme 22 de forme allongée (comme représenté à la figure 1 et de manière encore plus visible aux figures 2 et 3),
- soit pour réaliser plusieurs passages en translation de ladite âme pour réaliser un enroulement desdits rubans, de manière équivalente et comme cela est bien compréhensible pour un homme de l'art. g. Les moyens de commande 60 sont aussi prévus pour commander par une liaison 66 chaque dispositif de chauffage 50 à une température supérieure à une température de fusion de la résine thermoplastique 34 pendant une période de temps suffisante pour réaliser la fusion complète de la résine thermoplastique 34 et les collages d'une couche 33 en matière composite sur ladite âme 22 ou sur la couche précédente.
Dans le cadre de l'invention, pour accélérer le refroidissement de l'élément allongé renforcé obtenu, il peut être prévu des moyens de refroidissement 70 en aval du ou des dispositif de chauffage 50, comme cela est bien compréhensible pour un homme de l'art. Les moyens de commande 60 sont aussi avantageusement prévus pour commander les moyens de refroidissement 70 par une liaison appropriée 72. Selon une variante avantageuse de réalisation d'un appareil de l'invention, l'appareil 10 peut être prévu pour permettre de recommencer l'opération pour déposer une couche supplémentaire ou une pluralité de couches avec des rubans 32 de nature différente. Dans ce cadre, il peut être prévu au moins un deuxième ensemble 38 d'au moins une cassette 30 et avantageusement de plusieurs cassettes 30 de stockage de rubans 32 soit de nature identique, soit de nature différente.
Ainsi, on comprendra aisément que selon un mode avantageux de l'appareil de l'invention, on prévoit plusieurs dispositifs 38 ou plateaux successifs de support de cassette(s) 30 de stockage des rubans 32, afin de réaliser en un seul mouvement de translation un élément 12 de forme allongée et les dépôts de plusieurs couches en matériau composite soit de nature identique, soit de nature différente.
Selon encore notre mode de réalisation avantageux de l'appareil selon l'invention, on peut prévoir des moyens de réglage de tension, tels que 80,82, à une valeur prédéterminée de tension de l'enroulement de chaque ruban 32, par exemple en prévoyant que ces moyens de réglage de tension 80,82 permettent d'effectuer un réglage à une force de traction d'environ un décanewton (un kilo) par ruban 32, de manière à ce que, lorsque la résine thermoplastique 34 est en fusion, il se réalise un auto¬ effet de déplacement vers le centre donc vers l'âme des fils ou fibres noyé(e)s dans la résine de chaque ruban 32, par un effet de tension interne, d'où un effet de placage sur l'âme ou la couche précédente. Le plateau 38 peut aussi comprendre une partie tronconique 46 supportant les moyens 82, ainsi qu'un élément formant disque 48 supportant des moyens 40 de guidage des rubans 32, comprenant par exemple des tiges 42 et des tétons 44 (voir figure 3).
Selon encore notre mode de réalisation avantageux de l'invention, chaque dispositif de chauffage 50 de la résine thermoplastique 34 est orientés de façon à éviter un chauffage de l'âme ou de la couche précédente, afin de ne pas la dégrader.
Selon encore notre mode de réalisation avantageux de l'appareil selon l'invention, on peut prévoir que chaque dispositif de chauffage 50 comprend des buses 52 diffusant un air chaud à une température minimum supérieure à la température de fusion de la résine thermoplastique 34 utilisée. Ces buses 52 peuvent être naturellement réalisées de manière orientable pour être disposées selon un angle d'orientation appropriée pour diffuser l'air chaud dans les meilleures conditions de chauffage. Diverses variantes de réalisation de l'élément allongé 12 et notamment de l'âme 22 ou des rubans 32 sont décrites dans la partie introductive de la description. On comprend bien ainsi que l'invention permet de résoudre les problèmes techniques précédemment énoncés et que par conséquent elle présente une solution nouvelle et non évidente pour un homme de l'art. L'invention, telle qu'elle vient d'être décrite pour I' appareil, permet bien de mettre en oeuvre le procédé de fabrication de l'élément allongé 12 renforcé par au moins une couche 33, précédemment décrit à la partie introductive de la présente description.
Comme précédemment énoncé, l'invention couvre aussi tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits et représentés dans les figures annexées qui font partie intégrante de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Elément allongé renforcé (12), comprenant une âme (22) de forme allongée, recouverte d'au moins une couche (33) en matériau composite comprenant une pluralité de rubans (32) enroulés autour de ladite âme (22), chacun des rubans (32) étant réalisé à l'aide de fils ou de fibres (35) de renforcement, par exemple des fils ou des fibres de verre ou de carbone, noyés dans une matrice (34) en résine thermoplastique.
2. Elément allongé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'âme (22) de forme allongée précitée est réalisée en un métal ou un alliage de métal, notamment en acier, de préférence inoxydable.
3. Elément allongé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'âme (22) est réalisée en un matériau thermoplastique, en particulier « nylon », de préférence de même nature que la résine thermoplastique servant à réaliser la matrice (34) du ruban (32).
4. Elément allongé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la résine thermoplastique comprend ou est constituée de polyamide 11 ou de polyamide 12.
5. Elément allongé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'âme (22) présente une forme essentiellement convexe.
6. Elément allongé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les rubans sont enroulés autour de l'âme selon un angle prédéterminé par rapport à l'axe longitudinal de l'élément allongé, selon la résistance mécanique souhaitée pour l'application envisagée.
7. Elément allongé selon la revendication 6, caractérisé en ce que cet angle sera compris entre 20° et 70°.
8. Elément allongé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que pour des applications de "type off-shore", l'angle envisagé est actuellement compris entre 30 et 60°.
9. Elément allongé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que pour des applications de type "pale d'éolienne", l'angle envisagé est actuellement compris entre 20 et 70°.
10. Elément allongé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'on peut prévoir au moins une et de préférence plusieurs couches d'un matériau composite de même nature ou de nature différente, notamment de rubans différents ou disposés selon des angles d'enroulement différents.
11. Elément allongé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'on peut prévoir au moins une couche réalisée en un matériau composite comprenant en résine thermoplastique et utilisant comme renfort des fils ou fibres (35), par exemple des fils ou fibres de verre, lesdits fils ou lesdites fibres (35) pouvant être enroulé(e)s selon des angles d'enroulement pré-déterminés autour de la couche précédente.
12. Elément allongé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'on prévoit que la couche la plus externe sur l'élément allongé est réalisée en matériau composite comprenant une pluralité de rubans également enroulés autour de la couche précédente, lesdits rubans comprenant une matrice en résine thermoplastique et une matière de renfort sous forme de fils ou de fibres, par exemple de fils ou de fibres de verre ou de carbone.
13. Procédé de fabrication d'éléments allongés renforcés (12), caractérisé en ce qu'il comprend : a. La prévision d'un élément de support (20) d'une âme (22) de forme allongée, comportant des moyens de déplacement en translation de l'âme (22) de forme allongée, b. La prévision d'au moins une cassette (30) et avantageusement de plusieurs cassettes (30) de stockage de rubans (32) réalisés en matériau composite comprenant une matrice (34) en résine thermoplastique dans laquelle sont noyés des fils ou fibres (35), par exemple des fils ou fibres de verre ou de carbone, c. La prévision de moyens (36) de mise en rotation de chaque cassette (30), d. La prévision de moyens de synchronisation des moyens de déplacement (20) en translation de l'âme (22) de forme allongée et des moyens (38) de mise en rotation de chaque cassette (30) de ruban (32), e. La prévision d'au moins un dispositif de chauffage (50) à une température supérieure à la température de fusion de la résine thermoplastique (34) pendant une période de temps suffisante pour réaliser la fusion complète de la résine thermoplastique et le collage de la couche (33) en matière composite sur ladite âme (22) ou sur la couche précédente. f. On réalise, de manière synchronisée, le déplacement en translation de l'âme (22) de forme allongée avec l'enroulement synchronisé selon un angle prédéterminé d'au moins un ruban (32) parmi la rotation d'au moins une cassette (30) de stockage du ruban (32). g. On réalise la formation d'une couche (33) soit par le déroulement un nombre de rubans (32) suffisant pour former ladite couche (33), soit en réalisant plusieurs passages en translation de ladite âme (22) pour réaliser l'enroulement desdits rubans (32). h. On refroidit où on laisse refroidir, après ledit chauffage, en obtenant ainsi l'élément allongé renforcé (12).
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'on prévoit des moyens (80,82) de réglage de l'angle d'enroulement de chaque ruban (32) autour de ladite âme (22).
15. Procédé selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que l'on prévoit plusieurs dispositifs successifs (38) de supports de cassette (30) desdits rubans (32), afin de réaliser en un seul mouvement de translation l'élément de forme allongée (12), le dépôt de plusieurs couches (33) en matériau composite.
16. Procédé selon l'une des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que l'on réalise l'enroulement de chaque ruban (32) avec une tension prédéterminée, par exemple une force de traction d'environ un décanewton (un kilo) par ruban de manière à ce que, lorsque la résine thermoplastique (34) est en fusion, il se réalise un auto-effet de déplacement vers le centre donc vers l'âme (22) des fils ou fibres (35) noyés dans la résine (34) de chaque ruban (34), par un effet de tension interne, d'où un effet de placage sur l'âme (22) ou la couche précédente (33).
17. Procédé selon l'une des revendications 13 à 16, caractérisé en ce que le dispositif de chauffage (50) de la résine thermoplastique (34) est orienté de façon à éviter un chauffage de l'âme (22) ou de la couche précédente (33), afin de ne pas la dégrader.
18. Procédé selon l'une des revendications 13 à 17, caractérisé en ce le chauffage est réalisé à l'aide de buses (52) diffusant un air chaud à une température au minimum supérieure à la température de fusion de la résine thermoplastique (34) utilisée.
19. Appareil de fabrication d'éléments allongés renforcés (12), caractérisé en ce qu'il comprend : a. La prévision d'un élément de support (20) d'une âme (22) de forme allongée, comportant des moyens de déplacement en translation de l'âme (22) de forme allongée; b. La prévision d'au moins une cassette (30) et avantageusement plusieurs cassettes (30) de stockage de rubans (32) réalisés en matériau composite comprenant une matrice (34) en résine thermoplastique dans laquelle sont noyés des fils ou fibres de renforcement (35), en particulier des fils ou fibres de verre ou de carbone, c. La prévision de moyens (36) de mise en rotation de chaque cassette (30). d. La prévision de moyens de synchronisation (61) des moyens (20) de déplacement en translation de l'âme de forme allongée et des moyens (36) de mise en rotation de chaque cassette (30) de ruban (32). e. La prévision d'au moins un dispositif (50) de chauffage à une température supérieure à la température de fusion de la résine thermoplastique (34) pendant une période de temps suffisante pour réaliser la fusion complète de la résine thermoplastique et le collage de la couche (33) en matière composite sur ladite âme (22) ou sur la couche précédente. f. La prévision de moyens de commande (60), de manière synchronisée, des moyens de synchronisation (61) des moyens de déplacement en translation de l'âme (22) de forme allongée et des moyens (38) de mise en rotation de chaque cassette (30) de stockage de ruban ; ces moyens de commande (60) étant prévus soit pour réaliser l'enroulement d'un nombre de rubans (32) suffisant pour former au moins une couche (33) en matériau composite comprenant une pluralité de rubans (32) enroulés autour de l'âme (22) de forme allongée, soit pour réaliser plusieurs passages en translation de ladite âme (22) pour réaliser un enroulement desdits rubans (32) ; g. Lesdits moyens de commande (60) étant prévus pour commander chaque dispositif de chauffage (50,52) à une température supérieure à une température de fusion de la résine thermoplastique pendant une période de temps suffisante pour réaliser la fusion complète de la résine thermoplastique et le collage d'une couche en matière composite sur ladite âme (22) ou sur la couche (33) précédente.
20. Appareil selon la revendication 19, caractérisé en ce que, pour accélérer le refroidissement de l'élément allongé renforcé obtenu (12), il est prévu des moyens de refroidissement (70) en aval du ou des dispositifs) de chauffage (50).
21. Appareil selon la revendication 19 ou 20, caractérisé en ce que l'appareil comprend plusieurs dispositifs successifs (38) de support de cassettes (30) de stockage de rubans (32) soit de nature identique, soit de nature différente, afin de réaliser, en un seul mouvement de translation d'une âme (22) ou d'un élément (12) de forme allongée, le dépôt de plusieurs couches en matériaux composites.
22. Appareil selon l'une des revendications 19 à 21, caractérisé en ce que l'appareil (10) comprend des moyens (80,82) de réglage de tension à une valeur prédéterminée de tension de l'enroulement de chaque ruban (32), par exemple en prévoyant que ces moyens (80,82) de réglage de tension permettent d'effectuer un réglage à une force de traction d'environ un décanewton (un kilo).
23. Appareil selon l'une des revendications 19 à 22, caractérisé en ce que le dispositif de chauffage (50,52) de la résine thermoplastique est orienté de façon à éviter un chauffage de l'âme (22) ou de la couche précédente (33), afin de ne pas la dégrader.
24. Appareil selon l'une des revendications 19 à 23, caractérisé en ce que le dispositif de chauffage (50) comprend des buses (52) diffusant un air chaud à une température au minimum supérieure à la température de fusion de la résine thermoplastique (34) utilisée.
25. Utilisation des éléments allongés renforcés tels que définis à l'une quelconque des revendications 1 à 12, en particulier obtenus par le procédé selon l'une des revendications 13 à 18 ou l'appareil de fabrication selon l'une des revendications 19 à 24, pour la fabrication de canalisations enterrées dans le sol ou utilisées en off-shore en particulier sur les fonds marins.
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