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Tubes en Nylon gainés et procédé pour les fabriquer.
La présente Invention concerne un procédé de fabrication de tubes en Nylon et plus spécialement de tubes entourés d'une gaine tressée faite de fibres synthétiques textiles de matière plastique.
L'invention offre un intérêt tout particulier pour appliquer une gaine en fibres textiles synthétiques à l'exté- rieur d'un tube en Nylon obtenu par extrusion, et pour lier la gaine tressée au tube par un moyen décrit ci-dessous, donnant un tube de grande résistance,, très flexible et offrant une grande variété de cas d'application.
La technique de fabrication des tubes en Nylon obtenus par extrusion est bien connue, niais,,Il ne semble pas exister dans
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le commerce de tubes à gaine tressée.. de ce genre donnant satis- faction; la présente invention concerne plus spécialement un tel tube recouvert d'une gaine, ainsi qu'un procédé pour le fabriquer. D'une manière plus générale, elle concerne un tube de ce genre, dans lequel la matière tressée formant la gaine est faite d'une fibre en polyamide (Nylon) appropriée ou encore d'une fibre en polyester, telle qu'obtenue en faisant réagir l'acide téréphtalique avec le glycol éthylénique. Un exemple typique de ces dernières fibres est celle, bien connue, que la du Pont Company produit sous sa marque ''Dacron* et qui est une fibre de polyester ayant la nature indiquée.
Les buts principaux de l'invention sont notamment de procurer un tube en Nylon recouvert d'une gaine tressée qui ait une résistance à l'éclatement sensiblement augmentée et qui possède en même temps un plus grand degré de flexibilité ainsi qu'une durée de vie plus grande en ce qui concerne la fatigue par flexions répétées ; de procurer un tel tube dont la gaine tressée soit capable de résister fortement à l'abrasion; de pro- curer un tel tube qui se prête de manière remarquablement aisée à un évasement à chaud et à l'exécution d'un raccord ou accou- plement évasé ;
de procurer un tel tube gainé dont seules les fibres ou filaments de la gaine tressée qui se trouvent près du tube sont réellement soudées au tube, de sorte que le restant des fibres ou filaments de la gaine qui les entourent sont libres de se déplacer et de glisser les uns par rapport aux autres, ce que l'on considère comme étant un facteur important pour éviter la rigidité et une détérioration physique excessive résultant de l'abrasion ou usure entre fibres voisines ; de procurer un tube gainé qui puisse être teint dans la couleur voulue au cours des opérations normales de sa fabrication, en évitant de procéder, à cette fin, à une opération distincte;
de procurer un tel tube qui ne présente aucun risque que la gaine qui le recouvre s'effiloche
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lorsque le tube est coupé aux longueurs voulues ou lorsqu'il est soumis, au cours de son service, à une abrasion mécanique ; procurer une gaine qui puisse être appliquée en couches multiples sans porter préjudice aux qualités et caractéristiques que l'on désire conférer à chaque couche ; et de procurer un procédé de fabrication d'un tube possédant les propriétés et caractéristiques désirables qui viennent d'être énumérées.
Les buts et avantages ci-dessus ainsi que tous autres qui apparaîtraient ci-après ou découlent de l'invention seront maintenant décrits avec référence aux dessins joints, dans les- quels :
La figure 1 représente en coupe et en élévation un appareil de l'invention pour la fabrication d'un tube gainé perfectionné;
La figure 2 est une vue en plan de la figure 1 ;
La figura 3 représente le tube gainé terminé, avec une partie arrachée pour montrer certains détails de construction;
La figure 4 est une coupe transversale partielle, à une échelle agrandie, d'un tube recouvert d'une gaine formant une seule couche;
La figure 5 est une coupe semblable à celle de la figure 4, avec la gaine formant une double couche autour du tube.
Essentiellement., l'invention réside dans la découverte de ce qu'un tube gainé du genre décrit peut être fabriqué en faisant d'abord passer le tube dans un bain d'un agent solvant propre à en plastifier la surface, puis en y appliquant les fibres de la gaine pendant que la surface est encore plastique en engageant le tube dans une machine à tresser puis en faisant passer le tube gainé dans un bain aqueux approprié afin de stabiliser l'ensemble et enlever l'excédent de solvant plastifiant.
Ainsi qu'il a été dit, ce sont là les opérations de base utilisées dans la fabrication
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des tubes en Nylon perfectionnés gainés d'une tresse et, ce processus de base est applicable tant pour munir le tube d'une gaine tressée en Nylon que d'une gaine tressée en fibres d'un polyester du genre de ceux que l'on obtient en traitant l'acide téréphtalique par du glycol éthylénique. Mais il y a certaines variantes dans la technique à appliquer lors de la manipulation de ces matières, variantes qui seront expliquées ci-après., l'in- vention étant d'abord décrite dans son application à la produc- tion d'un tube en Nylon entouré d'une gaine en fibres textiles de Nylon.
Lors de la fabrication de tubes en Nylon recouverts d'une gaine textile en Nylon, il a été reconnu que d'excellents résultats pouvaient être obtenus en faisant usage de polyamides linéaires à poids moléculaire élevé., tant pour le tube que pour la gaine. Parmi ceux-ci, l'adipamide de poly-hexaméthylène et l'epsilon caprolactame polymérisé offrent un intérêt particulier pour la présente invention et doivent donc être préférés. En outre, il semble que le polycaprolactame soit le plus intéres- sant du fait de sa ténacité plus grande et de sa meilleure résis- tance à la fatigue par flexion, encore que les deux produits cités donnent satisfaction.
La première opération de la technique de base consiste à plastifier la surface du tube et, à cet effet, on prépare un bain d'un agent plastifiant approprié, de préférence une solu- tion aqueuse de résorcinol, produit dont il a été reconnu qu'il fournit d'excellents résultats. Le bain est contenu dans un bac 7 approprié, comportant des moyens de chauffage 8, si bien que le bain 9 de résorcinol peut être maintenu à n'importe quelle tempé- rature désirée. Ce bac est, de préférence, muni d'un couvercle 10, à travers lequel on peut faire passer une jauge plongeant dans le bain et permettant de mesurer le poids spécifique de ce bain.
On a découvert que le résorcinol doit avoir un poids spécifique
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compris entre 1,045 et 1;051 lorsqu'il se trouve à la tempéra- ture de 65 C. Le poids spécifique change évidemment en fonction de la température, diminuant à mesure que la température s'élève.
Il y a également lieu de songer que toute évaporation d'eau aug- mente le poids spécifique du bain de résorcinol. Afin d'éviter une évaporation trop rapide de l'eau on suggère de recouvrir la sur- face du bain de balles en polyéthylène sur une hauteur d'environ 1/4 pouce (6,35 mm). Ces balles flottent à la surface du bain en évitant l'évaporation rapide de l'eau. On peut aussi se ser- vir d'un recouvrement métallique dans ce même but.
Le tube en polyamide 12 est introduit dans le bac par la gauche, vu sur les figures 1 et 2, et on le fait passer au-dessous de rouleaux de guidage 13 qui ont pour but de main- tenir le tube en dessous de la surface du bain. Le cheminement a lieu, évidemment, de gauche à droite ainsi que l'indiquent les flèches de la figure 1.
Ainsi qu'il apparaît sur les dessins, le bac est relati- vement long par:rapport à sa profondeur, mais on peut faire varier ce rapport dans la mesure commandée par des considérations pra- tiques, le facteur dirimant étant que l'action plastifiante du résorcinol sur la surface du tube est une fonction conjointe de temps et de température. Lorsque le bain est relativement froid - par exemple, aux environs de la température ambiante - il est évidemment nécessaire que le tube soit maintenu dans le bain pendant un temps plus long qu'à des températures élevées. Cette question de température sera discutée plus à fond dans ce qui suit.
Lorsque la surface du tube se trouve convenablement plastifiée, le tube sort du bac contenant le résorcinol et se rend immédiatement dans une machine à tresser 14 appropriée, qui peut être d'un type quelconque connu dans la technique. On a utilisé à cet effet une machine à tresser Wardwell à 24 broches
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et les résultats obtenus ont donné toute satisfaction. Mais il est évident que tout autre type approprié de machine à tresser peut être utilisé.
L'angle de tressage sous lequel les fibres sont appli- quées sur le tube n'est pas essentiel à l'invention si l'on s'en tient à ses caractéristiques de base, mais c'est l'usage auquel on destine le produit fini qui, dans une certaine mesure, dictera l'angle de tressage fournissant le meilleur produit pour le but particulier envisagé. Considéré du point de vue pratique, l'angle de tressage peut varier depuis environ 28 jusqu'à atteindre 50 et même davantage. L'angle de tressage préféré est de 42 .
L'angle de tressage est dénommé "angle d'hélice" et, avec un angle compris entre 38 et 42 , le tube ne subira qu'un très faible étirage ou étrécissement en étant sous pression interne. Si l'angle d'hélice dépasse 42 , le tube tend à se contracter lors- qu'il est soumis à une pression interne, tandis que si l'angle d'hélice descend au-dessous de 38 , le tube mis sous pression tend à s'allonger. Des résultats d'expérience montrent également que la résistance du tube à l'éclatement peut diminuer un peu, lorsque l'angle d'hélice tombe en-dessous de 340 ou lorsqu'il dépasse 50 . Il semble bien que, entre les limites indiquées, la résistance du tube à l'éclatement se maintient sensiblement constante.
La considération de l'angle d'hélice du tressage prend, dans le cas présent, une importance considérable, si on compare avec le cas, par exemple, de l'angle de tressage pour des tuyaux flexibles de type usuel garnis d'une tresse métallique. Avec une tresse métallique, toute augmentation ou toute diminution de la longueur du tuyau tend à endommager les fils métalliques de la tresse par suite des effets de frottement et d'abrasion qui se produisent lorsque ces fils frottent les uns sur les autres.
Cet inconvénient est entièrement éliminé avec le tube gaine d'une tresse selon l'invention, parce que la matière de la tresse est
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très résistante à l'abrasion, au point que les caractéristiques de "fatigue" se r évèlent, pour ce tube, plusieurs fois supé- rieures à celles des tuyaux de type ancien gainés de fils métal- liques tressés.
Une fois l'opération de gainage terminée, le tube gaine 12a peut être conduit autour d'une roue 15, puis conduit à traver, une zone de stabilisation, laquelle, selon la pratique.préférée, est formée par un bac plat et allongé 16 contenant un bain d'eau chaude 17, le tube passant sous des rouleaux de guidage 18 montés dans le bac qui servent à maintenir le tube en-dessous de la surface de l'eau.
Le bain a pour effet de stabiliser le produit en le débarrassant de tout excédent d'agent plastifiant éventuellement présent de façon à éviter toute dégradation ultérieure possible du produit fini. L'action de ce bain esdouble : (1) tout excès de résorcinol se dissout dans l'eau chaude et se trouve ainsi enlevé et (2) la chaleur du bain accroît l'effet plastifiant du résorcinol. Il y a donc une tendance à une plastification plus profonde de la surface du tube en Nylon, ainsi qu'à une plastifi- cation des fibres de la gaine qui se trouvent proches de la sur- face du tube. De cette manière, ces deux surfaces se soudent fortement.
Il convient aussi de noter que l'effet du bain d'eau peut aussi être considéré du point de vue qu'il facilite l'enlè- vement de l'excédent de résorcinol., en lui permettant de réagir plus aisément, à la fois avec le tube en Nylon et la fibre qu'on y applique. Ce qui se passe,semble-t-il, c'est qu'une certaine proportion tout au moins du résorcinol est ainsi écartée de la surface et sert ainsi à renforcer la liaison.
La température du bain d'eau 17 devrait être maintenue entre les limites approximatives de 65 C et 100 C, de préférence aux environs de 74 C, cette dernière température s'étant avérée donner d'excellents résultats.
La durée de séjour du tube gainé dans le- bain d'eau
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- dépendra, bien entendu, de sa température ainsi que de la quantité -d'agent plastifiant en excédent qu'il s'agit d'enlever. C'est pourquoi la dimension du bac à eau chaude doit être proportionnée à la vitesse de déplacement du tube gainé, de marièce à ce qu'il puisse y séjourner pendant le temps voulu pour donner les résultats désirés. Après que la chaleur voulue aura été fournie pour obtenir la stabilisation complète désirée, le tube gainé peut évidemment être retiré du bain et séché pour enlever l'humidité; puis mis en magasin de n'importe quelle façon appropriée ou désirable.
L'emploi de ce bain d'eau stabilisant offre un avantage supplémentaire en ce que, lorsqu'on désire que le produit ait une autre couleur, on peut incorporer au bain une matière colorante, de manière à procéder à une coloration pendant l'opération de stabilisation, ce qui évite une opération supplémentaire.
En appliquant une gaine de Nylon tressé sur un tube en
Nylon, il peut parfois être avantageux d;établir la gaine tressée en plus d'une couche, ce qui se fait facilement en répétant le processus déjà décrit, à savoir en repassant le tube déjà @ecouvert de sa première couche dans le bain de résorcinol, en y appliquant une nouvelle couche par tressage, suivie d'une nouvelle stabilisa- tion conformément à ce qui a déjà été décrit.
Dans les cas comportant l'application d'une gaine en polyamide sur un tube en Nylon du type adipamide de polyhéxa- méthylène, il est parfaitement possible d'utiliser un bain sans chauffage; c'est-à-dire d'opérer à la température ambiante. Cepen- dant, étant donné que l'effet du bain repose sur un rapport entre temps et température, il se peut qu'en opérant à la température ambiante, le travail soit trop lent pour convenir à certaines tech- niques de fabrication. On serait par exemple, amené à donner au bac
7 une longueur excessive ou alors à avoir recours à une allure de cheminement trop lente.
C'est la raison pour laquelle on préfère chauffer le résorcinol comme ci-dessus ; des tubes en adipamide
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polyhexaméthylène,, on obtient d'excellents résultats en portant le bain de résorcinol à une température sise entre 60 C et 71 C, alors que pour le polycaprolactame, il vaut mieux porter le bain à une température quelque peu plus élevée, par exemple aux envi- rons de 82 C.
Etant donné que le bain a pour but de plastifier la surface du tube, il faut que ce dernier puisse séjourner dans le bain à toute température choisie, jusqu'à obtention d'un effet plastifiant suffisant pour que la surface ramollie puisse se souder aux fibres de la gaine qui se trouvent en contact ou rela- tivement près de cette surface. Au delà de cette zone, les autres fibres formant la gaine ne sont pas collées à la surface ou noyées dans cette dernière, si bien qu'elles ne perdent pas leur capacité de se mouvoir librement les unes sur les autres et de ce fait, elles ne contrarient nullement la flexibilité de la gaine consi- dérée dans son ensemble.
La technique utilisée en liaison avec cette invention se prête très bien à l'obtention de ce résultat, étant donné qu'il a été reconnu que le degré de plastification ainsi obtenu n'est pas suffisant pour intéresser plus que la première couche de fibres de la gaine. Ainsi donc, pratiquement toutes les fibres se trouvant au delà ou dépassant la zone plasti- fiée ont pleine liberté de se déplacer et de glisser les unes sur les autres. La conséquence en est que le tube gainé conserve sa flexibilité et résiste pendant plus longtemps à l'effet de fatigue par flexion qu'un produit similaire dans lequel la tota- lité des brins ou fibres individuels seraient soudés les uns sur les autres, en outre des couches internes soudées sur le tube même.
Les figures 3 à 5 illustrent la nature des relations structurelles résultant de l'application d'une gaine tressée sur un tube en Nylon selon le processus ci-dessus décrit. Les figures 3 et 4 illustrent le cas d'un tube gainé d'une tresse unique, tan- dis que la figure 5 illustre celui d'un tube gainé de deux tresses.
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La couche plastifiée est représentée par 12b et les fibres qui lui sont immédiatement adjacentes sont indiquées par la ligne fortement ombrée 12c, tandis que les autres fibres formant la couche tressée sont indiquées par la référence 12d.
Sur la figure 5 une seconde gaine tressée a été appli- quée sur la première et, sur cette même figure, la couche de fibres les plus externes de la première gaine ont été plastifiées ainsi qu'il est indiqué en 12bb tandis que les fibres intérieures de la gaine superficielle sont représentées en 12 ce: enfin, la couche finale de fibres faisant partie de la gaine extérieure et qui ont toute liberté de se déplacer l'une sur l'autre est re- présentée en 12dd.
Sur les figures 3 à 5 inclusivement, et plus spécialement sur les figures 4 et 5, il va de soi, évidemment qu'il s'agit de représentations schématiques considérablement agrandies dans le seul but de faciliter la compréhension de la nature des résultats obtenus grâce à la présente invention. Il est bien entendu que, si on applique une seconde gaine par dessus la première, seules les fibres sises au voisinage de l'extérieur de la première gaine sont plastifiées par le bain de résorcinol, si bien que la flexi- bilité du produit finine setrouve contrariée que dans une mesure très faible ou même nulle. En d'autres termes, les fibres de la première couche de gaine qui se trouvent entre les deux zones plastifiées ne sont nullement soudées entre elles et ont pleine liberté de se déplacer l'une par rapport à l'autre.
Il convient de signaler ici que, en appliquant une seconde couche de gaine sur la première, il a été trouvé plus avantageux-même dans le cas de l'utilisation d'un tube en adipa- mide de polyhexaméthylène - de ne pas tenter d'opérer à des tempé- ratures trop basses, parce que de meilleurs résultats sont obtenus avec un bain chauffé de résorcinol. De fait, l'emploi d'un bain chauffé de résorcinol est essentiel lorsqu'on applique une seconde gaine en fibres de caprolactame, vu que le résorcinol ne plastifie
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pas suffisamment le caprolactame si.le bain n'est pas chauffé comme indiqué ci-dessus.
En faisant usage d'un bain de résorcinol à une température élevée selon les enseignements donnés ci-dessus, il est possible de procéder à l'application d'une seconde couche de gaine en suivant exactement les instructions données pour l'ap- plication de la première couche.
Ainsi qu'il a été dit, la technique décrite jusqu'ici se révèle particulièrement utile pour appliquer une gaine de Nylon sur un tube en Nylon. Elle peut, toutefois, être utilisée aussi lors de l'application d'une gaine de fibres en polyester du genre de celles qui résultent du traitement d'acide téréphtalique par du glycol éthylénique, en dépit du fait que le bain de résorcinol ne possède aucune action plastifiante sur des fibres de ce genre.
De ce chef, la soudure réalisée n'offre pas le même caractère, c'est-à-dire qu'elle ne comporte aucune fusion entre la surface du tube et les fibres, mais seulement une liaison de caractère physique ou mécanique. C'est la raison pour laquelle il importe de s'assurer que la surface du tube ou noyau intérieur se trouve plastifiée de manière très complète et, de préférence à un degré supérieur à ce qu'il serait nécessaire d'obtenir en appliquant une gaine en polyamide. Aussi, dans le cas de gaines de type polyester, est-il important que le bain de résorcinol soie chauffé jusqu'à une température voisine du maximum ci-dessus indiqué comme limite supérieure et, de préférence jusqu'au voisinage de 82 C.
De cette manière, la couche plastifiée à la surface du tube en Nylon aura une profondeur suffisante pour enrober la première couche des fibres de la gaine. Ceci donne une soudure ou une liaison très satisfaisante pour de nombreuses applications et laisse les cou- ches extérieures de la gaine libre de glisser les unes sur les autres, ainsi qu'il a été dit précédemment.
Pour le gainage au moyen de tresses en fibres dérivées de la réaction acide téréphtalique-glycol éthylénique, il y a lieu de maintenir à un minimum la distance entre le point où le tube
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sort du bain de résorcinol et le point d'application de la gaine, de manière à ce que la durée du passage de l'un à l'autre ne soit pas suffisante pour qu'il puisse y avoir perte de plasticité.
Ceci contribue à assurer une bonne soudure.
Dans le cas de fibres fabriquées par la réaction acide téréphtalique-glycol éthylénique, il convient de faire observer que l'application d'une seconde couche de gaine par la technique selon la description qui a été faite n'est pas pratique, étant donné que le bain de résorcinol n'exerce aucune action plastifiante sur des fibres de ce genre.
Une autre caractéristique de la présente invention réside en la possibilité de faire usage d'une gaine faite d'un mélange de fibres de Nylon et de fibres de polyester du type cité. Des mélanges de ce genre offrent un grand nombre d'avantages en plus de ceux qui ont été déjà signalés. Une fibre de polyester préparé au départ d'acide téréphtalique et de glycol éthylénique possède une ténacité quelque peu supérieure à celle du Nylon et elle est également un peu moins élastique. En conséquence, en mélangeant les deux fibres, on obtiendra un article qui résiste mieux à l'éclatement. Il se peut, cependant qu'un tel mélange fournisse un produit légèrement moins flexible, mais pour certains usages ce n'est pas un inconvénient.
Un mélange ou combinaison des deux types de matière de gainage tressée peut varier fortement selon la proportion dans laquelle intervient chaque matière, mais de bons résultats prati- ques ont été obtenus en faisant varier la proportion de Nylon dans le mélange entre 5 % et 50 %. Evidemment, le Nylon se prête à une soudure par fusion, ainsi qu'il a été décrit ci-dessus, résultat que l'on obtient à un degré d'autant plus prononcé que la pro- portion de Nylon mise en oeuvre est plus grande.
Il va de soi qu'une soudure par fusion présente une sécurité plus grande qu'une soudure purement mécanique, si bien que le facteur qui déterminera
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le pourcentage de Nylon à mettre en oeuvre dans la composition d'une gaine mixte sera le degré de soudure par fusion que l'on estimera désirable pour répondre aux fins auxquelles doit satis- faire le tube fini.
On peut se rendre compte, diaprés ce qui précède, qu'un tube de polyamide entouré d'une gaine tressée selon le procédé de l'invention sera à la fois fort et flexible. Il se prêtera remarquablement bien à être évasé et à l'application de joints ou raccords à évasement, si bien que les divers éléments de tube peuvent être reliés entre eux selon les modalités d'emploi qu'on en attend. La gaine ne s'effiloche pas lorsqu'on sectionnne le tube à la longueur voulue ou lorsque la gaine est soumise à une abrasion mécanique suffisante pour causer des ruptures. Enfin, le tube se prête à des usages extrêmement variés et, en fait, il peut remplacer avantageusement d'autres types de tubes gainés moins parfaits existant actuellement.
Pour tel but déterminé, il peut être établi avec des dimensions d'ensemble très réduites sans nuire à sa capacité et, en conséquence, son poids sera infé- rieur à celui d'autres types de tubes gainés.