MC2468A1 - Manchon électrosoudable en matière plastique électroconductrice - Google Patents

Description

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La présente invention concerne 1'électrosoudage de deux éléments en matière thermoplastique tels que des tuyaux ou canalisations et concerne en particulier un manchon d1 électrosoudage en matière plastique électroconductrice.

Les manchons électrosoudables sont notamment destinés à former un raccord d'éléments tubulaires en matière plastique, tels par exemple des canalisations de distribution de gaz, d'eau ou autres réalisées en général en polyéthylène ou autre matériau thermoplastique.

Une technique classique d'électrosoudage consiste à chauffer une surface de contact des pièces grâce à un fil chauffant noyé dans la pièce de raccordement et formant une résistance électrique, afin d'atteindre la température de soudage des matériaux. En général, de tels raccords sont réalisés par surmoulage au moyen du procédé d'injection.

Depuis un certain temps, ont été mis au point les matériaux révolutionnaires que sont les polymères conducteurs intrinsèques. Ces polymères sont conducteurs grâce à l'introduction d'ions dopants (iode, sodium, mercure,...) qui favorisent le déplacement libre d'électrons le long des chaînes, c'est-à-dire la conduction du courant.

Par ailleurs, on a également mis au point des matières plastiques conductrices extrinsèques qui sont des matières plastiques chargées de fibres métalliques ou de noir de carbone. Par exemple, la demande de brevet français 2.586.133 décrit une composition polymère électroconductrice extrinsèque améliorée contenant du nickel finement divisé ; dans de telles compositions, la conductivité électrique est due essentiellement à des particules métalliques qui établissent entre elles un contact électrique au voisinage de la percolation, ces particules pouvant être en argent, en nickel, en aluminium, en cuivre...

Un élément d'électrosoudage en matière plastique électroconductrice est décrit dans le brevet français Selon ce brevet, un tel élément peut être sous la forme de deux manchons cylindriques d'épaisseur adéquate reliés par une partie de thermorégulation. Un tel

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élément présente l'inconvénient que le courant passant entre les deux bornes d'application de la tension placées à l'extrémité de chacun des manchons, ne se répartit pas de façon égale dans toute la surface des manchons mais . privilégie le plus court chemin pour passer d'une borne à 1'autre.

Une deuxième solution décrite dans ce même brevet élimine l'inconvénient ci-dessus en utilisant non pas des manchons pleins mais une bande de matière plastique électroconductrice disposée en hélice. Cette solution comporte toutefois l'inconvénient majeur d'augmenter énormément la valeur de la résistance entre les deux bornes et donc de diminuer la valeur du courant circulant dans la bande de matière électroconductrice. Pour obtenir la fusion, il faut donc prévoir une tension beaucoup plus importante et donc en conséquence une puissance électrique d'entrée également plus importante.

Le but de l'invention est donc de fournir un manchon d'électrosoudage utilisant une matière plastique électroconductrice où le courant circulant entre les deux bornes d'application de la tension se répartit de façon uniforme dans le manchon et emprunte un chemin dont la longueur est minimale de manière à nécessiter une tension minimale.

L'objet de l'invention est donc un manchon d'électrosoudage destiné à réaliser la liaison étanche de deux éléments cylindriques en matière plastique emboîtés dans le manchon et en contact avec ce dernier et comprenant au moins une portion en matière plastique électroconductrice soumise à une différence de potentiel entre les deux extrémités du manchon de façon à faire fondre la surface intérieure du manchon et la surface extérieure des deux éléments au moins de part et d'autre de la liaison à réaliser de façon à obtenir le soudage du manchon sur les deux éléments. Un tel manchon est caractérisé en ce qu'il est constitué d'un cylindre comprenant au moins une portion longitudinale de matière plastique électroconductrice

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séparée de la paroi intérieure du manchon par une couche de matière plastique non conductrice, et deux bagues conductrices de part et d'autre de la liaison à réaliser pour connecter les extrémités des portions de matière plastique électroconductrice respectivement à chacune des deux bornes d'application de la différence de potentiel.

Les buts, objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit faite en référence aux dessins dans lesquels la figure 1 représente schématiquement une vue en perspective du manchon électrosoudable selon l'invention recouvrant deux parties de canalisation dont on doit assurer la liaison étanche,

la figure 2 représente une coupe transversale du manchon électrosoudable selon l'invention,

la figure 3 représente une coupe longitudinale du manchon électrosoudable selon un premier mode de réalisation de l'invention, et la figure 4 représente une coupe longitudinale du manchon électrosoudable selon un second mode de réalisation de l'invention.

Un manchon électrosoudable 10 selon l'invention est disposé de la manière illustrée sur la figure 1 pour effectuer la jonction de deux éléments dont on doit assurer la liaison étanche tels que les deux parties de tube ou canalisation 12 et 14 en matériau thermoplastique généralement du polyéthylène. Le manchon 10 dont la partie intérieure est en matériau thermoplastique enserre les deux parties de tube 12 et 14 à l'endroit de la liaison à réaliser de sorte que les surfaces extérieures des parties 12 et 14 soient en contact avec les surfaces intérieures du manchon 10. Une tension électrique est appliquée au manchon 10 au moyen de deux bagues de connexion amovibles (non montrées) situées dans deux gorges 20 et 22 et connectées à un générateur de tension 24 par l'intermédiaire de deux bornes 16 et 18. Le passage du courant dans le manchon électroconducteur fait fondre la couche de matière

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thermoplastique intérieure du manchon ainsi que la couche de matière thermoplastique extérieure des parois de tube 12 et 14, réalisant ainsi un soudage des deux parties 12 et 14 par l'intermédiaire du manchon.

5 Un manchon selon un mode de réalisation préféré de l'invention se présente en coupe de la manière illustrée sur la figure 2. Le manchon est principalement formé de matériau thermoplastique tel que du polyéthylène ou du polypropylène 30. Une partie seulement sous forme de barreaux 10 longitudinaux 32 est en matériau électroconducteur, soit un polymère conducteur intrinsèque, soit un polymère conducteur extrinsèque. D'autres configurations peuvent être utilisées que celle illustrée sur la figure 2, mais il est primordial que la couche intérieure 34 d'une épaisseur comprise de 15 préférence entre 0,5 et 2mm et en contact avec les tubes à réunir soit en matériau thermoplastique non conducteur. En effet, lorsque la tension est appliquée entre les deux extrémités du manchon, un courant circule et provoque 1'échauffement des parties conductrices. Cet échauffement 20 provoque une élévation de la température telle qu'elle fait fondre la couche 32 non conductrice sans faire fondre les barreaux conducteurs 32. Par conséquent, si ces parties conductrices 32 du manchon étaient directement en contact avec la surface extérieure des parties 12 et 14 à réunir, le 25 soudage par fusion ne se ferait pas à ces endroits. Ceci serait un inconvénient majeur dans la mesure où il pourrait se produire des fuites (gaz ou liquide selon les canalisations à réunir) par ces endroits non soudés, fuites qui proviendraient de la jonction 36 (voir figures 3 et 4) 30 entre les parties de canalisation 12 et 14.

Au lieu de prévoir des barreaux conducteurs 32 séparés, la partie conductrice pourrait être disposée selon une couronne cylindrique continue. Cependant, les portions de matériau conducteur et les portions de matériau non 35 conducteur étant de structure différente, l'adhésion entre elles n'est pas parfaite. Il est donc préférable de disposer de barreaux conducteurs entourés complètement de matière non

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conductrice, ce qui empêche les fuites comme il a été mentionné précédemment et assure une bonne résistance à 1'arrachement.

Il serait également possible que les barreaux (ou la 5 couronne cylindrique) ne soient pas recouverts d'une couche extérieure 30 de matériau non conducteur. Là encore, cette configuration n'est pas la meilleure dans la mesure où le matériau conducteur est mécaniquement plus fragile et peut se détériorer sous l'effet des contraintes thermiques au 10 moment du soudage. Il est donc préférable de prévoir une couche 30 de surmoulage.

Le manchon représenté en coupe est illustré sur la figure 3. A chaque extrémité du manchon, on a pratiqué une gorge 20 ou 22 jusqu'à la portion conductrice 32 de façon à 15 pouvoir installer deux bagues de connexion (non représentées) destinées à assurer le contact électrique avec les barreaux 32 en matériau conducteur. Ces bagues sont connectées aux bornes 16 et 18 auxquelles est appliquée la tension d'électrosoudage.

20 Comme on le voit sur la figure 3, le manchon peut disposer d'une portion 38 de matériau non conducteur plus épaisse à l'endroit de la jonction 36. Cette portion permet, en augmentant la distance entre la partie conductrice 32 et les parties à souder, d'obtenir une zone froide n'entraînant 25 pas la fusion du matériau thermoplastique des parties 12 et 14 à l'endroit de la jonction 36. Ceci évite que du matériau thermoplastique fondu et donc liquide ne pénètre dans la canalisation par la jonction 36 et obstrue partiellement ou totalement la canalisation.

30 Une variante de réalisation, destinée également à

disposer d'une zone froide sur la jonction 36, est illustrée sur la figure 4. Un évidement circulaire 40 dans la couche 34 de matériau non conducteur procure ainsi une couche d'air à l'endroit de la jonction 36 et empêche donc la chaleur de 35 se communiquer aux parties de canalisation 12 et 14 autour de la jonction 36 et donc de faire fondre le matériau thermoplastique.

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Le manchon d'électrosoudage 10 selon l'invention peut être facilement obtenu par injection. Il peut également être obtenu par extrusion dans le cas où il ne dispose pas de zone froide où dans le cas de la variante de réalisation illustrée sur la figure 4. Bien qu'elles puissent être réalisées par injection, les gorges 20 et 22 sont de préférence réalisées par usinage. Ceci est vrai aussi pour l'évidement 40 de la figure 4.

De façon générale, la majorité des tubes et canalisations est réalisée en polyéthylène dont la température de fusion est environ de 130°C. Que l'on utilise du polymère conducteur intrinsèque ou du polymère conducteur extrinsèque, la température de fusion de celui-ci devra toujours être supérieure ou égale à la température de fusion des parties à souder. Il est donc possible de réaliser le manchon en polyéthylène, les parties conductrices étant en polyéthylène chargé dont la température de fusion est de l'ordre de 130°C. Cependant, il est préférable d'utiliser alors du polypropylène (chargé) dont la température de fusion est aux environs de 170°C plutôt que du polyéthylène.

Des essais ont montré que l'application d'une tension de 48 volts à un manchon réalisé avec du polymère conducteur extrinsèque tel que du polyéthylène chargé, permettait d'obtenir une température de 130°C et donc la fusion du polyéthylène non chargé, après un intervalle de temps de 90 secondes. La durée d'application de la tension permettant d'obtenir un soudage efficace a été d'environ 70 secondes pour un manchon de 32 mm de diamètre interne.

Bien que la présente invention s'applique de préférence aux manchons électrosoudables, elle pourrait s'appliquer également aux produits dérivés tels que les prises de branchement, les coudes, les tés et les manchons de réparation.

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Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Manchon d1 électrosoudage (10) destiné à réaliser la liaison étanche de deux éléments cylindriques (12, 14) en matière thermoplastique, emboîtés dans ledit manchon et en contact avec ce dernier, et comprenant au moins une portion

5 en matière plastique électroconductrice soumise à une source de tension (24) entre les deux extrémités du manchon de façon à faire fondre la surface intérieure du manchon et la surface extérieure desdits deux éléments au moins de part et d'autre de la jonction (36) entre lesdits éléments

10 de façon à obtenir le soudage du manchon sur lesdits éléments,

ledit manchon étant caractérisé en ce qu'il est constitué d'un cylindre comprenant au moins une portion longitudinale (32) de matière plastique électroconductrice

15 séparée de la paroi intérieure du manchon par une couche intérieure de matière thermoplastique non conductrice (34), et deux bagues conductrices de part et d'autre de ladite jonction pour connecter les extrémités desdites portions de matière conductrice aux bornes de ladite source de tension.

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2. Manchon (10) selon la revendication 1, dans lequel ledit cylindre constituant le manchon comprend une pluralité de barreaux longitudinaux (32) de matière plastique électroconductrice.

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3. Manchon (10) selon la revendication 2, dans lequel lesdits barreaux longitudinaux (32) sont enrobés dans la matière thermoplastique formant un cylindre ayant une couche inférieure (34) en contact avec lesdits éléments

30 (12, 14) dont on doit assurer la liaison et une couche extérieure (30).

4. Manchon (10) selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, dans lequel ladite couche intérieure de matière

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thermoplastique (34) a une épaisseur comprise entre 0,5 et 2mm.

5. Manchon (10) selon la revendication 4, dans lequel 5 ladite couche intérieure de matière thermoplastique (34) a une zone (38) d'une épaisseur sensiblement plus importante à l'endroit de ladite jonction (36) de façon à constituer une zone froide empêchant la fusion de la matière thermoplastique de ladite couche inférieure à cet endroit.

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6. Manchon (20) selon la revendication 4, dans lequel ladite couche intérieure de matière thermoplastique (34) comprend un évidement (40) à l'endroit de ladite jonction (36) de façon à constituer une zone froide empêchant la

15 fusion de la matière thermoplastique de ladite couche inférieure à cet endroit.

7. Manchon (10) selon la revendication 6, dans lequel ledit manchon est réalisé par extrusion et ledit évidement et les

20 gorges (20, 22) dans lesquelles sont montées lesdites bagues conductrices sont réalisées par usinage.

8. Manchon (10) selon l'une des revendications précédentes dans lequel lesdits éléments dont on veut assurer la

25 liaison étanche sont des portions (12, 14) de tubes ou canalisations.

9. Manchon (10) selon la revendication 8, dans lequel lesdites portions (12, 14) de tubes ou canalisations sont

30 en polyéthylène.

10. Manchon (10) selon la revendication 9, dans lequel ladite matière plastique électroconductrice est un polymère électroconducteur intrinsèque ou un polymère

35 électroconducteur extrinsèque tel que du polyéthylène ou du polypropylène chargé au moyen de fibres conductrices.

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