Procédé de production d'un tuyau auto-porteur de matière plastique
cellulaire.
L'invention concerne un tuyau, notamment en matière
plastique, n'ayant pas à subir une pression interne.
Les tuyaux qui ne sont pas destinés à subir une pression
interne, par exemple enfouis dans le sol ou de descente d'eau
de pluie, sont très courants et sont normalement en PVC non
plastifié. Leur légèreté, la facilité avec laquelle on peut les
manipuler, leur rigidité et leur résistance à la corrosion permettent à ces tuyaux de durer au moins cinquante ans s'ils sont
convenablement enfouis, par exemple dans le sol. Toutefois, la matière première de ces tuyaux est relativement coûteuse et
leur utilisation dépend actuellement essentiellement de leurs bonnes qualités, car la facilité avec laquelle ils sont installés compense le cotit de la matière dont ils sont constitués.
L'invention a pour objet un procédé de production d'un tuyau de matière plastique cellulaire auto-porteur, consistant essentiellement à extruder un tuyau formé d'un mélange de matière
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dilater radialement.
La dilatation radiale du tuyau s'effectue de préférence
à une température à laquelle la matière plastique subit une orientation. Le tuyau cellulaire peut être chauffé extérieurement et/ou intérieurement avant dilatation. La dilatation du tuyau cellulaire peut s'effectuer au moyen d'un gaz sous pression, par exemple d'azote ou d'air, ou au moyen d'un liquide sous pression, par exemple d'eau. Le liquide sous pression, par exemple l'eau, peut être à une température à laquelle le tuyau se dilate en produisant une orientation de la matière plastique.
La vitesse de dilatation est suffisamment basse pour empêcher que le tuyau ne subisse des amincissements locaux exagérés risquant d'en provoquer la rupture. La dilatation d'un tuyau qui, non dilaté, a un diamètre de 5 cm et une épaisseur de 5 mm, peut durer environ 5 minutes.
Le tuyau cellulaire peut être dilaté dans un moule comprenant des cavités et/ou des saillies annulaires sur lesquelles
ou dans lesquelles le tuyau se place en se dilatant. Le matériau peut être du PVC.
L'invention concerne par ailleurs un tuyau auto-porteur de matière plastique comprenant une paroi cellulaire fermée, orientée radialement, la résistance radiale et périphérique étant supérieure à la résistance longitudinale.
Le mélange peut être maintenu avant dilatation à une température inférieure à celle à laquelle le moussage se produit jusqu'au moment précédant immédiatement la dilatation et ensuite il peut être porté à une température à laquelle l'agent moussant devient actif, le mélange étant ensuite dilaté et, à la fin de la dilatation, il peut se gonfler librement pour former le tuyau.
On entend par "auto-porteur" le fait que le tuyau supporte son propre poids lorsqu'il est placé sur le coté.
L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple et sur lesquels :
la figure 1 est une coupe longitudinale d'un moule ; la figure 2 est une coupe axiale partielle à échelle agrandie du moule de la figure 1 ; et la figure 3 est une coupe transversale selon la ligne III-III de la figure 2.
Un mélange de PVC et d'un agent moussant convenable, par exemple d'un azodicarbonamide, est extrudé de manière classique à une température finale de l'ordre de 170 à 200[deg.]C, le tuyau cellu-
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tronçons destinés à être dilatés et, dans l'exemple particulier,
il a été découpé en tronçons de 1 m et placé dans le moule représenté, dont le diamètre intérieur est de Il,5 cm. Le moule comprend
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collier taraudé 4 le fixe sur un raccord 5 comportant une bride ajourée 6 et une partie intérieure conique 7 s'élargissant vers l'extérieur et vers la surface intérieure 8 du cylindre 1. L'extrémité étroite de la partie conique 7 se prolonge par une partie
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mité du détalonnage étant taraudée en 12. Un autre raccord 13 comportant une cavité annulaire 14 et un trou central 15 est vissé <EMI ID=5.1>
paroi 16 comportant une surface en bout 18. La cavité 14 se prolonge sur une distance plus grande que la paroi 16 et sa surface 19 orientée vers l'extérieur a une fonction qui sera décrite plus bas.
Lorsque ces pièces sont assemblées, une série d'anneaux
20 à section en chevron est placée entre la surface en bout 18-
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ne contenant aucune charge et étant maintenus en place à chaque
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née à loger le tuyau 23 de matière plastique et lorsque le cylindre 13 est fixé sur les anneaux 20, ceux-ci se . dilatent latéralement pour serrer le tuyau entre eux-mêmes et la paroi 19 et établir un joint entre la surface intérieure du tuyau et l'extérieur.
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5 est obturé par la bride 6 sur une petite partie de sa circonférence, de sorte qu'il communique largement avec l'extérieur. Cet intervalle est destiné à permettre à l'eau d'entrer et de sortir de l'espace annulaire 25 compris entre le tuyau 23 et le cylindre 1.
Un tuyau de 1 m de longueur est ainsi fixé dans le moule,
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ter qu'il ne subisse des efforts longitudinaux gênants et qu'il
ne puisse pas se coincer dans le moule. Ces éléments assemblés sont placés ensuite dans un bain d'eau chaude à 86[deg.]C dans lequel ils restent jusqu'à ce que le tuyau atteigne la température de l'eau, ce processus prenant environ 20 minutes dans le cas particu-
<EMI ID=10.1> pratique, le tuyau atteint une température telle que cette orientation se produit lors de la dilatation.
De l'azote sous pression est ensuite envoyé dans le tuyau par le trou 15 et, dans le cas particulier, ce gaz est introduit par les deux extrémités afin que la pression soit uniforme sur tout le tuyau, de manière très efficace. La pression augmente à
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Le gaz situé à l'intérieur du tuyau allégeant ce dernier, il tend à se courber vers le haut et il est donc nécessaire de placer un mandrin creux dans ce tuyau pour l'empêcher de se courber. Toutefois, ce mandrin ne serait pas nécessaire si l'azote sous pression était remplacé par de l'eau chaude sous pression. Une tolérance de
10 % dans l'épaisseur de la paroi du tuyau est admise pour que celui-ci se gonfle lentement et la faible vitesse de mise sous pression permet au tuyau de se gonfler progressivement sans qu'il ne subisse aucun amincissement local ni risque de se rompre. De petits trous de fuite d'environ 0,6 mm de diamètre et dont les
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l'eau chaude de s'échapper sur toute la longueur du tuyau cellulaire, au fur et à mesure de la dilatation de ce dernier qui entre en contact avec les parois. L'eau chaude s'échappe également par l'intervalle 24 de chaque extrémité. Lorsque le tuyau est dilaté,
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extrait du bain chaud et placé dans un bain d'eau froide à 10 [deg.]C . pendant environ 10 minutes de manière qu'il puisse se refroidir sous pression jusqu'à ce que la température de sa paroi revienne à
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l'azote est ensuite relâchée et le tuyau est extrait du moule. Les détails des essais effectués sur le tuyau dilatés sont donnés plus bas.
On comprend que la paroi du moule pourrait comporter des rainures ou, si nécessaire, des saillies orientées vers l'intérieur, la forme extérieure et donc intérieure du tuyau étant alors modifiée et conforme à celle des rainures. Les extrémités chanfreinées que
le tuyau comporte à la suite de son contact avec les parties 7 du moule sont normalement découpées et jetées au rebut. L'épaisseur du produit final dépend bien entendu de l'épaisseur du tuyau extrudé à l'origine, du taux de formage et du taux de dilatation. Ces trois facteurs peuvent varier de manière que le tuyau final ait l'épaisseur voulue, mais, en règle générale, le tuyau se dilate à deux fois son diamètre initial.
Ce procédé de production de tuyau a de nombreux avantages dont le principal est que pour des dimensions données, la quantité nécessaire de matière plastique est moindre et donc son coût est diminué. Par ailleurs, l'orientation du tuyau modifie le mécanisme
de rupture par rapport aux tuyaux non orientés et les essais ont montré que le type de rupture d'un tuyau dilaté provient de pénétra- . tion par choc dans la matière ductile, tandis que les tuyaux cellu- laires non dilatés tendent à se briser de manière plus cassante. Des essais ont été faits pour augmenter la résistance au choc de tuyaux cellulaires par modification chimique de la structure. Toutefois, ces modifications sont coûteuses et réduisent l'avantage du prix des tuyaux cellulaires.
L'invention a par ailleurs l'avantage de permettre de réaliser des tuyaux de très grand diamètre à l'aide de moules de diamètre beaucoup plus petit. Ainsi, par exemple, un tuyau
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avoir des qualités améliorées par orientation, il est possible de les dilater à une température supérieure à celle d'orientation de la matière.
<EMI ID=16.1> aucune rupture notable de sa structure cellulaire. Ce résultat est contraire à celui qui aurait pu être prévu. Il aurait pu paraître presque certain que la structure expansée de PVC à une densité de
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devraient se rompre et s'affaisser. On aurait aussi pu penser que
la matière aurait été incapable de se dilater à cette faible densité et que la structure se serait simplement déchirée. On a toutefois découvert le contraire, c'est-à-dire que la matière peut être dilatée sans changement notable de la densité de la paroi, et que la paroi cellulaire peut être orientée de manière que sa résistance à la rupture augmente dans la direction de l'orientation. Ces résultats inattendus se voient d'après la structure du tuyau avant et après
sa dilatation et son orientation. L'orientation peut aussi être prouvée par comparaison de la résistance à la rupture de la matière dans le sens de la périphérie et dans le sens de la longueur et lorsque le tuyau revient à sa dimension normale par chauffage après dilatation et orientation. Pour les essais comparés de la résistance
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et de 35 mm d'épaisseur de paroi a été dilaté à Il, '5 cm de diamètre extérieur et cinq échantillons ont été découpés sur la circonférence et dans le sens de l'axe de symétrie longitudinale ; les résultats des essais sont donnés dans le tableau I ci-dessous :
TABLEAU I
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Le rapport de la résistance à la rupture dans le sens de la périphérie par rapport à cette résistance dans le sens de la longueur est de 1,97:1.
Des essais de relaxation ont été exécutés sur des échan-
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90[deg.]C pendant 15 minutes. Cette température est supérieure à celle d'orientation et suffit à provoquer la relaxation du tuyau. Les résultats suivants ont été obtenus :
TABLEAU II
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Les mesures ont été effectuées en huit points autour de la périphérie du tube et la moyenne a été de 2 mm. Le diamètre à une
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extrémité, de sorte que la moyenne est la même. Les mesures effec- tuées après traitement thermique sont les suivantes :
TABLEAU III
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deux extrémités à deux positions à angle droit, les résultats étant les suivants : 58,182 mm, 53,229 mm, 57,9328 mm, 56,9468 mm, le diamètre moyen étant de 56,0738 mm. Là relaxation fait donc passer
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rieur de 92,1258 mm à 56,0738 mm. Le diamètre extérieur initial du tuyau est de 30,2514 mm, son épaisseur initiale, de 4,1148 mm et le rapport initial de dilatation est de 2,03:1. Cette relaxation est une preuve que le matériau est orienté.
On voit donc que l'orientation de la matière a eu lieu
et que la résistance à la rupture est améliorée dans le sens de la périphérie.
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orientation, celle-ci pouvant être produite par de l'air chaud ou de la chaleur produite par irradiation plutôt que par de l'eau chaude.
Il va de soi que le procédé décrit et représenté peut subir de nombreuses modifications sans sortir du cadre de l'invention.
REVENDICATIONS
1.- Procédé de production d'un tuyau auto-porteur de matière plastique cellulaire, caractérisé en ce qu'il consiste à extruder un tuyau formé d'un mélange de matière plastique et d'un agent moussant, à laisser prendre au tuyau sa structure cellulaire et à le dilater radialement.
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Process for producing a self-supporting plastic pipe
cellular.
The invention relates to a pipe, in particular in
plastic, not having to undergo internal pressure.
Hoses that are not intended to be under pressure
internal, for example buried in the ground or downspout
rain, are very common and are normally made of non-PVC
plasticized. Their lightness, the ease with which they can be
handling, their rigidity and corrosion resistance allow these pipes to last at least fifty years if they are
suitably buried, for example in the ground. However, the raw material of such pipes is relatively expensive and
their use currently depends essentially on their good qualities, because the ease with which they are installed compensates for the cost of the material of which they are made.
The invention relates to a method of producing a self-supporting cellular plastic pipe, consisting essentially in extruding a pipe formed from a mixture of material.
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expand radially.
The radial expansion of the pipe is preferably carried out
at a temperature at which the plastic undergoes orientation. The cellular pipe can be heated externally and / or internally before expansion. The expansion of the cellular pipe can be effected by means of a pressurized gas, for example nitrogen or air, or by means of a pressurized liquid, for example water. The pressurized liquid, for example water, can be at a temperature at which the pipe expands producing orientation of the plastic.
The expansion rate is low enough to prevent the pipe from undergoing excessive local thinning which could cause it to rupture. Expansion of a pipe which, when un-expanded, has a diameter of 5 cm and a thickness of 5 mm, can take about 5 minutes.
The cellular pipe can be expanded in a mold comprising cavities and / or annular protrusions on which
or in which the pipe is placed by expanding. The material can be PVC.
The invention further relates to a self-supporting plastic pipe comprising a closed cell wall, oriented radially, the radial and peripheral resistance being greater than the longitudinal resistance.
The mixture can be maintained prior to expansion at a temperature below that at which foaming occurs until the moment immediately preceding expansion and then it can be brought to a temperature at which the foaming agent becomes active, the mixture then being expanded. and, at the end of the expansion, it can freely inflate to form the pipe.
By "self-supporting" is meant the fact that the pipe supports its own weight when it is placed on its side.
The invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings by way of example and in which:
Figure 1 is a longitudinal section of a mold; FIG. 2 is a partial axial section on an enlarged scale of the mold of FIG. 1; and Figure 3 is a cross section along the line III-III of Figure 2.
A mixture of PVC and a suitable foaming agent, for example an azodicarbonamide, is extruded in a conventional manner at a final temperature of the order of 170 to 200 [deg.] C, the cellulose pipe.
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sections intended to be dilated and, in the particular example,
it was cut into 1 m sections and placed in the mold shown, the internal diameter of which is 11.5 cm. The mold includes
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threaded collar 4 fixes it on a fitting 5 comprising a perforated flange 6 and a conical inner part 7 widening outwards and towards the inner surface 8 of the cylinder 1. The narrow end of the conical part 7 is extended by a part
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mity of the relief being tapped at 12. Another fitting 13 comprising an annular cavity 14 and a central hole 15 is screwed <EMI ID = 5.1>
wall 16 having an end surface 18. The cavity 14 extends over a greater distance than the wall 16 and its surface 19 facing outwards has a function which will be described below.
When these parts are put together, a series of rings
20 with a chevron section is placed between the end surface 18-
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containing no charge and being held in place each time
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born to accommodate the pipe 23 of plastic material and when the cylinder 13 is fixed on the rings 20, the latter are. expand laterally to clamp the pipe between themselves and the wall 19 and establish a seal between the interior surface of the pipe and the exterior.
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5 is closed by the flange 6 over a small part of its circumference, so that it communicates widely with the outside. This gap is intended to allow water to enter and exit the annular space 25 between the pipe 23 and the cylinder 1.
A 1 m long pipe is thus fixed in the mold,
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ter that it does not undergo troublesome longitudinal forces and that it
cannot get stuck in the mold. These assembled elements are then placed in a hot water bath at 86 [deg.] C in which they remain until the pipe reaches water temperature, this process taking about 20 minutes in the particular case.
<EMI ID = 10.1> practical, the pipe reaches such a temperature that this orientation occurs during expansion.
Nitrogen under pressure is then sent into the pipe through hole 15 and, in the particular case, this gas is introduced through both ends so that the pressure is uniform throughout the pipe, in a very efficient manner. The pressure increases to
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The gas inside the pipe lightens the latter, it tends to bend upwards and it is therefore necessary to place a hollow mandrel in this pipe to prevent it from bending. However, this mandrel would not be necessary if the pressurized nitrogen were replaced by hot pressurized water. A tolerance of
10% in the thickness of the wall of the pipe is allowed so that it swells slowly and the low speed of pressurization allows the pipe to inflate gradually without it undergoing any local thinning or risk of breaking . Small leakage holes of about 0.6 mm in diameter and whose
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hot water to escape along the entire length of the cellular pipe, as the latter expands which comes into contact with the walls. Hot water also escapes through gap 24 from each end. When the pipe is expanded,
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extracted from the hot bath and placed in a cold water bath at 10 [deg.] C. for about 10 minutes so that it can cool under pressure until the temperature of its wall returns to
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the nitrogen is then released and the pipe is extracted from the mold. Details of the tests performed on the expanded pipe are given below.
It will be understood that the wall of the mold could include grooves or, if necessary, protrusions oriented inwardly, the outer and therefore inner shape of the pipe then being modified and conforming to that of the grooves. The chamfered ends that
the pipe behaves as a result of its contact with the parts 7 of the mold are normally cut and discarded. The thickness of the final product of course depends on the thickness of the originally extruded pipe, the rate of forming and the rate of expansion. These three factors can vary so that the final pipe has the desired thickness, but, as a general rule, the pipe expands to twice its original diameter.
This pipe production process has many advantages, the main one of which is that for given dimensions, the required amount of plastic material is less and therefore its cost is reduced. In addition, the orientation of the pipe changes the mechanism
failure compared to unoriented pipes and testing has shown that the type of rupture an expanded pipe is from penetra-. impact in ductile material, whereas unexpanded cellular pipes tend to break more brittle. Attempts have been made to increase the impact resistance of cellular pipes by chemical modification of the structure. However, these modifications are expensive and reduce the price advantage of cellular pipes.
The invention also has the advantage of making it possible to produce pipes of very large diameter using molds of much smaller diameter. So, for example, a pipe
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having improved qualities by orientation, it is possible to expand them at a temperature higher than that of orientation of the material.
<EMI ID = 16.1> no noticeable disruption of its cellular structure. This result is contrary to what might have been expected. It could have seemed almost certain that the expanded structure of PVC at a density of
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should break and sag. We would also have thought that
matter would have been unable to expand at this low density and the structure would simply have torn apart. However, it has been found to the contrary, that is, the material can be expanded without noticeable change in wall density, and the cell wall can be oriented such that its tensile strength increases in the direction orientation. These unexpected results can be seen from the structure of the pipe before and after
its expansion and orientation. Orientation can also be proved by comparing the breaking strength of the material peripherally and lengthwise and when the pipe returns to its normal size by heating after expansion and orientation. For comparative resistance tests
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and 35mm wall thickness was expanded to 11.5cm outside diameter and five specimens were cut circumferentially and in the direction of the longitudinal axis of symmetry; the results of the tests are given in Table I below:
TABLE I
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The ratio of the breaking strength in the periphery direction to this strength in the length direction is 1.97: 1.
Relaxation tests were carried out on samples
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90 [deg.] C for 15 minutes. This temperature is higher than the orientation temperature and is sufficient to induce relaxation of the pipe. The following results were obtained:
TABLE II
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The measurements were made at eight points around the periphery of the tube and the average was 2 mm. The diameter at a
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end, so the average is the same. The measurements taken after heat treatment are as follows:
TABLE III
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two ends at two positions at right angles, the results being as follows: 58.182mm, 53.229mm, 57.9328mm, 56.9468mm, the average diameter being 56.0738mm. There relaxation therefore passes
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laughing from 92.1258 mm to 56.0738 mm. The initial outside diameter of the pipe is 30.2514mm, its initial thickness is 4.1148mm, and the initial expansion ratio is 2.03: 1. This relaxation is proof that the material is oriented.
We can therefore see that the orientation of matter has taken place
and that the tensile strength is improved in the direction of the periphery.
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orientation, which can be produced by hot air or heat produced by irradiation rather than by hot water.
It goes without saying that the method described and shown can undergo numerous modifications without departing from the scope of the invention.
CLAIMS
1.- A method of producing a self-supporting pipe of cellular plastic material, characterized in that it consists in extruding a pipe formed from a mixture of plastic material and a foaming agent, to be allowed to set the pipe to its cell structure and radially dilate it.
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