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Title:
COMPOSITE HOLLOW BODY AND METHOD AND DEVICE FOR MAKING SAME
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/110717
Kind Code:
A1
Abstract:
A method for making a composite hollow body (1) consisting of a lining (2) and at least one outer coating (3) made of a composite material containing a thermoplastic material and glass. A powder (20) is sprayed onto a medium (4) to enable the removal of the resulting composite body, which medium has a shape matching that of the hollow body in such a way that it covers same, and a composite heated strip (30) intended to form the outer coating of the body is wound around the powder-covered medium (4) such that the heat from the strip promotes melting of the powder.

Inventors:
DUCRET CHRISTOPHE (FR)
VOIRON JACQUES (FR)
SERAINE CAROLINE (FR)
Application Number:
PCT/FR2005/050279
Publication Date:
November 24, 2005
Filing Date:
April 26, 2005
Export Citation:
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Assignee:
SAINT GOBAIN VETROTEX (FR)
DUCRET CHRISTOPHE (FR)
VOIRON JACQUES (FR)
SERAINE CAROLINE (FR)
International Classes:
B05D1/04; B05D1/12; B29C41/00; B29C41/08; B29C41/46; B29C53/66; B29C53/70; B29C53/84; B29D23/00; F16L9/12; F16L9/127; F16L9/14; F16L9/16; B29C53/58; (IPC1-7): B29C53/66; B29C53/70; F16L9/127; B29C53/84; B29D23/00; B29C41/08; B29C41/00; B29C41/46; B05D1/12; B05D1/04
Domestic Patent References:
WO1994020285A11994-09-15
Foreign References:
GB1206661A1970-09-30
US6030371A2000-02-29
US6605171B12003-08-12
US5314565A1994-05-24
US4094715A1978-06-13
Attorney, Agent or Firm:
Goldenberg, Virginie (39 quai Lucien Lefranc, Aubervilliers, FR)
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Description:
CORPS CREUX COMPOSITE , PROCEDE ET DISPOSITIF DE FABRICATION

La présente invention concerne la fabrication d'un corps formé d'au moins une matière organique thermoplastique renforcée par des fils de verre continus enroulés autour du corps. Bien qu'elle ne soit pas limitée à une telle application, l'invention sera plus particulièrement décrite en référence à la fabrication de tuyaux, notamment ceux destinés à véhiculer des fluides sous pression. L'invention vise plus particulièrement les tuyaux utilisés en génie civil, pour le transport des liquides ou gaz, de tels tuyaux, généralement rigides et aptes à résister à des pressions pouvant être tant internes qu'externes, pouvant atteindre de grandes dimensions et un poids élevé. En particulier, les tuyaux visés dans la présente invention peuvent présenter des diamètres de l'ordre de un ou quelques centimètres à deux ou trois mètres, et une longueur de l'ordre de plusieurs centimètres à plusieurs dizaines de mètres, ces tuyaux, de poids généralement important, devant selon les cas présenter une résistance à la déformation sous des pressions allant de la pression atmosphérique à plusieurs dizaines de bars, une étanchéité dans le temps, etc. Une autre application intéressante est la fabrication de réservoirs (pouvant être formés en une pièce, ou à partir de tuyau(s) et d'extrémité(s) rapportée(s), etc.) destinés à contenir des fluides notamment sous pression. La fabrication d'un corps à base d'au moins une matière organique thermoplastique renforcée par des fils de verre continus enroulés autour de l'axe du corps est déjà décrite dans la demande de brevet WO 00/24566. Dans cette demande, on enroule un ruban chauffé, à base d'une matière organique thermoplastique et de fils de verre continus, autour d'un tube en matière plastique en rotation tout en chauffant une partie de la surface du tube revêtue du ruban et en appliquant une pression en aval de cette partie chauffée. Le ruban est par exemple obtenu à partir de fils continus co-mêlés constitués de filaments de verre et de filaments de matière organique thermoplastique intimement mélangés, commercialisés en particulier sous la dénomination commerciale TWINTEX® par la société SAINT-GOBAIN VETROTEX FRANCE. Le tube est généralement extrudé et constitué d'une matière organique thermoplastique qui peut par exemple être une polyoléfine du type polyéthylène PE ou polypropylène PP, ou bien du chlorure de polyvinyle (PVC). Ces matières ont notamment pour avantages d'être chimiquement inertes, en particulier anti- corrosives et compatibles sur le plan alimentaire, et de pouvoir résister à des températures très basses. Cependant, le prix de revient du tube en lui-même qui est obtenu par extrusion participe de manière non négligeable au coût final de fabrication d'un tel corps composite. Or II est toujours souhaitable de fabriquer des produits d'aussi bonne qualité tout en parvenant à réduire les coûts de fabrication. L'invention a justement pour but de fournir un autre procédé de fabrication moins coûteux d'un corps composite comportant un revêtement interne recouvert de matière composite à base de matière thermoplastique et de verre, ce revêtement interne assurant la même fonction qu'un tube extrudé, ce procédé convenant notamment à la fabrication des tuyaux ou réservoirs tels que précités, aux contraintes et exigences spécifiques. Selon l'invention, le procédé de fabrication d'un corps creux composite constitué d'un revêtement interne et d'au moins un revêtement externe en matière composite à base de matière thermoplastique et de verre, est caractérisé en ce que: - une poudre est projetée sur un support de forme adaptée à la forme du corps creux de manière à recouvrir ledit support, cette poudre étant destinée à constituer la matière du revêtement interne; - un ruban chauffé composite destiné à former le revêtement externe du corps est enroulé autour du support recouvert de poudre, la chaleur du ruban faisant fondre la poudre et assurant la solidarisation du ruban avec la poudre, pour constituer le corps composite; - le corps composite est extrait du support après refroidissement. Ce procédé simplifié permet ainsi d'obtenir un produit réalisé d'une seule pièce qui comporte à la fois le revêtement interne et la couche de renforcement. Le produit est aussi plus léger qu'un produit de l'art antérieur car le revêtement interne formé (l'épaisseur de poudre projetée étant généralement inférieure à 1 mm) est moins épais que celui constitué jusqu'à maintenant d'un tube extrudé (l'épaisseur du tuyau extrudé étant généralement de 1 à 10 mm). Selon une caractéristique, le ruban est déposé sur la poudre, en combinaison éventuelle avec la présence d'une source de chauffage, à une température supérieure ou inférieure à la température de fusion de la poudre. Avantageusement, le support peut être chauffé de manière interne et/ou externe après le dépôt de la poudre sur l'ensemble de sa surface et le dépôt du ruban. De préférence, une pression est appliquée contre le ruban après avoir été déposé. Selon une autre caractéristique, la poudre est projetée par des moyens de projection qui sont mobiles par rapport au support tandis que le support est fixe, ou inversement. Quant au ruban, il est déposé par un système de délivrance et de dépose qui effectue des mouvements de translation et de rotation vis-à-vis du support tandis que ledit support est apte à tourner pendant l'enroulement. La poudre est une matière thermoplastique, telle qu'une polyoléfine ou un polyamide. Elle peut avantageusement être chargée électrostatiquement. Selon une autre caractéristique, le ruban comporte des fils co-mêlés de verre et de matière thermoplastique, ceci permettant également un gain de poids non négligeable pour les tuyaux plus particulièrement visés selon l'invention. L'invention concerne également un dispositif de mise en œuvre du procédé décrit ci-dessus. Ce dispositif comporte un support (autorisant l'extraction du corps composite obtenu après refroidissement, ce support étant appelé par extension support amovible), des moyens de projection d'une poudre sur le support, un système de délivrance et de dépose d'un ruban composite autour du support recouvert de poudre. Selon une caractéristique, les moyens de projection et le support sont aptes à être mobiles l'un par rapport à l'autre, tandis que le système de délivrance et de dépose du ruban est apte à effectuer des mouvements de translation et de rotation vis-à-vis du support, ledit support étant adapté à effectuer des mouvements de rotation. Avantageusement, le support peut être en un matériau électriquement conducteur pour assurer l'adhésion de la poudre lorsque notamment elle est chargée électrostatiquement. Le support peut comporter une membrane extérieure de recouvrement en matière plastique. Par ailleurs, le support peut être chauffant. Le dispositif peut prévoir une source externe de chaleur qui est disposée en regard du support recouvert de poudre. Selon une autre caractéristique, le dispositif peut comporter des moyens complémentaires de chauffage qui sont rapportés en regard du support après dépôt du ruban, et des moyens de pression qui sont appliqués contre le ruban après avoir été déposé. Ainsi, l'invention propose un corps creux composite constitué d'un revêtement interne et d'au moins un revêtement externe en matière composite à base de matière thermoplastique et de verre, le revêtement interne étant obtenu par fusion d'une poudre lors du recouvrement de cette poudre par le revêtement externe et par refroidissement. Le revêtement interne est une matière thermoplastique, telle qu'une polyoléfine ou un polyamide par exemple, et Ie revêtement externe est un ruban, de préférence de fils comêlés de matière thermoplastique et de verre. De préférence, le revêtement externe est revêtu d'une couche de finition et de protection. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention vont à présent être décrits plus en détail en regard des dessins annexés, représentant des modes de réalisation non limitatifs, sur lesquels : - La figure 1 illustre une vue en coupe schématique d'un corps creux composite obtenu selon le procédé de l'invention; - la figure 2 illustre une représentation schématique générale d'un dispositif de fabrication d'un corps creux composite selon l'invention; La figure 1 montre une vue schématique en coupe d'un corps creux composite, ici de forme cylindrique pour être utilisé en tant que tuyau, constitué par un revêtement interne 2 en un matériau unique et au moins un revêtement externe 3 en matière composite. Le revêtement interne 2 est un matériau avantageusement compatible pour être en contact avec le fluide circulant ou stocké dans le corps creux. Il est avantageusement en matière thermoplastique telle qu'une polyoléfine du type polyéthylène PE ou polypropylène PP, le cas échéant modifié (par exemple avec greffage de groupements polaires réactifs), ou encore un polyamide. Cette matière peut être chargée électrostatiquement, dont l'avantage sera souligné plus loin dans la description. Ce revêtement est au départ du procédé de fabrication fourni sous forme de poudre de granulométrie variable et/ou de composition variable. La poudre est ensuite consolidée dès sa fusion réalisée lors de l'application sur celle-ci du revêtement 3, et après refroidissement. Le revêtement externe 3 est formé à l'aide d'un ruban composite qui est constitué de fils de renfort, de préférence des fils de verre, et de matière thermoplastique. Ces fils sont avantageusement intimement mélangés permettant de former une bande ou un ruban consolidé très homogène, c'est-à-dire présentant une cohésion et une intégrité qui permettent de manipuler ce ruban sans endommagement. Il s'agit par exemple de fils co-mêlés commercialisés sous la dénomination commerciale Twintex ® par la société Saint-Gobain Vetrotex. Un tel ruban est par exemple fabriqué à partir de bobines de fils du type Twintex ® selon le procédé explicité dans la demande de brevet WO 00/24566 ou dans la demande EP 1 093 900. Pour obtenir un corps creux fini du type tuyau servant à véhiculer des fluides, il est nécessaire que la paroi externe de ce tuyau soit garantie de toute agression extérieure, à cette fin il est prévu de revêtir d'une couche externe de finition et de protection 31 le revêtement externe composite 3 du corps creux. Cette couche de protection, de préférence en polyoléfine, peut par exemple être extrudée, ou être obtenue par poudrage (éventuellement précédé d'un chauffage du corps) et chauffage (en particulier du revêtement, ou cuisson). De manière plus simple de réalisation, cette couche peut aussi être réalisée sous forme de peinture aqueuse ou solvantée adaptée en fonction des contraintes d'utilisation. Le dispositif 10 de mise en œuvre du procédé de fabrication du corps creux 1 comporte un support 4 servant de matrice pour la réalisation du revêtement interne 2 du corps creux, des moyens de projection 5 d'une poudre 20 constitutive du revêtement interne 2, un système de délivrance et de dépose 6 du ruban 30 constitutif du revêtement externe 3. Le support 4 est de forme adaptée à la forme que doit avoir le corps creux. Il s'agit par exemple d'un mandrin pour un corps cylindrique, de diamètre adapté à la section désirée du corps creux en étant notamment expansible. Le support est de préférence métallique avec une rugosité minimale. Lorsque ce support est fait de plusieurs tronçons, on pourra le recouvrir d'une membrane en matière plastique 41 telle que du silicone pour éviter que la jonction entre deux tronçons soit reproduite sous forme d'un marquage sur la partie interne du revêtement interne 2 du corps après fabrication. Les moyens de projection 5 se présentent par exemple sous la forme d'un pistolet relié à un tuyau flexible 50 d'alimentation en poudre 20. Le support 4 est mobile en rotation autour d'un arbre 40 et les moyens de projection sont aptes à se déplacer en translation, de façon à assurer le dépôt de la poudre 20 sur l'ensemble de la surface du support à recouvrir pour constituer la forme finale du corps creux. Le support 4 peut être ou non chauffant selon le type de poudre déposée. La poudre 20 est un matériau thermoplastique tel que décrit plus haut pour le revêtement interne 2 obtenu par consolidation de la poudre 20 après chauffage et refroidissement. On peut citer comme exemples de poudre, les produits PLASCOAT PPA571 EASYFLOW de la société PLASCOAT1 ABCITE X70 de la société DUPONT POWDER COATING, RILSAN de la société ATOFINA. Lorsque cette poudre est électrostatique, elle présente l'avantage de rester accrochée plus facilement au support métallique. Le matériau de la poudre pourra être compatible ou non avec la matière thermoplastique du ruban, on parlera alors d'une adhésion, entre la poudre et le ruban, chimique ou respectivement mécanique. Le système de délivrance et de dépose 6 du ruban 30 est une tête mobile en translation et en rotation par rapport à la surface du support revêtu de poudre, l'angle d'inclinaison donné à la tête étant adapté à l'angle désiré d'enroulement circonférentiel ou hélicoïdal du ruban. La tête de délivrance et de dépose 6 comporte des galets tournants et chauffants à une température de chauffe et de régulation qui permet de maintenir le ruban à sa sortie à une température supérieure de 20 à 500C par rapport à la température de fusion de la matière thermoplastique constituant le ruban. Une telle tête est par exemple décrite dans la demande de brevet WO 00/24566. L'enroulement du ruban autour du support revêtu de poudre est obtenu par l'inclinaison adéquate de la tête et par le déplacement selon une pluralité d'allers- retours de celle-ci parallèlement à Taxe longitudinal du tube, ainsi que par son pivotement. L'adhésion de la poudre au ruban et sa transformation en revêtement consolidé sont assurée par la fusion de la poudre et son refroidissement. Pour atteindre la température de fusion du matériau constitutif de la poudre, le ruban déposé sur la poudre présente soit une température de fusion de sa matière thermoplastique supérieure à celle de la poudre, ou bien si elle est inférieure, il est alors nécessaire d'apporter une source de chauffage pour faire fondre la poudre. Bien que la température du ruban à l'état délivré puisse être supérieure à la température de fusion de Ia poudre, il peut se trouver que la différence entre les deux températures soit trop peu significative pour assurer correctement la fusion. On prévoit alors, comme lorsque la température de fusion de la poudre est supérieure à celle de la matière du ruban, une source de chauffage 42 qui est disposée en regard du support, à une distance de quelques centimètres. Elle permet de chauffer le support dès l'application du ruban sur la poudre. En variante, il est possible d'apporter cette source de chaleur à proximité du support qu'une fois l'enroulement du ruban terminé, la chaleur étant adaptée pour traverser l'épaisseur de matière thermoplastique recouvrant la poudre de façon à réaliser la fusion de cette dernière. Il s'agit par exemple d'air chaud, ou d'un chauffage radiant par infra-rouge qu'on déplace donc avant ou après l'application du ruban. En variante ou en complément de cette source de chaleur, on peut envisager le chauffage par voie interne du support, par exemple par une circulation d'huile dans le mandrin. Enfin, le dispositif 10 comporte de préférence des moyens complémentaires de chauffage 7 et des moyens de pression 8. Les moyens complémentaires de chauffage 7 peuvent être constitués par la source de chaleur 42. Ils sont mis en œuvre de suite après le dépôt du ruban ou bien une fois l'enroulement terminé. Les moyens de pression 8 sont constitués d'un galet presseur qui est appliqué à la suite d'un tour ou plusieurs tours d'enroulement du ruban après la circonférence du support revêtu de poudre, ou bien une fois l'enroulement totalement terminé. Ces moyens confirment la consolidation du ruban et de la poudre fondue et assure une réduction du taux de vide entre les différentes couches superposées de ruban. La source de chauffage 42 et/ou les moyens complémentaires de chauffage 7 comme le galet presseur 8 sont aptes à se déplacer parallèlement au support 4, par exemple à l'aide d'un chariot mobile les portant. L'ensemble des mouvements opérés par les divers éléments mobiles du dispositif (support, moyens de projection, système de délivrance et de dépose du ruban, source de chauffage complémentaire, moyens de pression) est assuré par un ou des moteurs, et des moyens pneumatiques pilotés par des moyens à commande numérique. Le procédé de fabrication va à présent être décrit. Le mandrin 4 est mis en rotation tandis que le pistolet 5 mis en fonctionnement projette de la poudre 20 et est déplacé en translation le long du mandrin. Une fois la projection terminée, c'est-à-dire que la poudre recouvre totalement le mandrin, du moins la surface de la forme à obtenir, la tête de dépose et de délivrance 6 débute la pose du ruban 30. La tête se déplace en translation le long du mandrin tandis que ce dernier est toujours en rotation. Au moment du dépôt du ruban, la poudre 20 fond pour former le revêtement interne 2 et se solidarise avec le ruban. Selon le type de poudre, on peut le cas échéant chauffer de manière interne le support et/ou on chauffe juste en aval du dépôt du ruban sa surface externe en contact avec la poudre à l'aide de la source de chaleur complémentaire 42 qui est déplacée en translation le long du mandrin tandis que celui-ci tourne. Les moyens complémentaires de chauffage 7 et les moyens de pression 8 sont mis en oeuvre de suite après la pose du ruban, ou bien une fois l'enroulement terminé, de manière à chauffer localement la surface périphérique extérieure du corps 1 et appliquer sur cette surface extérieure une pression pour solidariser pleinement le ruban 30 avec le revêtement interne 2. Une fois que le corps constitué est refroidi, il est extrait du support. Le procédé ci-dessus est réalisé sur un seul poste de fabrication. Il est bien entendu possible de prévoir pour une variante d'industrialisation au moins deux postes sur lesquels on fait respectivement le poudrage du support et l'enroulement du ruban.