WO2018142079A1 - Conduite de circulation de fluide pour vehicule automobile, son procede de fabrication et son utilisation en tant que tuyau de refroidissement de fluide moteur de vehicule automobile - Google Patents
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Definitions
- FLUID CIRCULATION PIPE FOR A MOTOR VEHICLE, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME AND USE THEREOF AS MOTOR VEHICLE MOTOR FLUID COOLING PIPE
- the present invention relates to the field of fluid circulation conduits. More particularly, the invention relates to fluid circulation lines for a motor vehicle, such as engine fluid cooling pipe, as well as their manufacturing process.
- Fluid circulation lines such as pipes used in the automotive industry, are particularly used to convey a coolant, such as a mixture of water / ethylene glycol, in the engine cooling circuit.
- a coolant such as a mixture of water / ethylene glycol
- the main constraints of these pipes concern the resistance to high temperatures and the pressure during engine operation, as well as their resistance to aggression of the transported liquid. In particular, it is avoided the use of polyurethane incompatible with the contact of the fluids containing a glycol.
- these fluid circulation lines such as engine coolant pipes, are generally made of one or more layers of elastomeric polymer material (such as rubber), reinforced by knitting or braiding of textile material or aramid or polyester fibers.
- elastomeric polymer material such as rubber
- the inner layer is made of polyethylene, preferably high density, grafted with a silane, and the outer layer is polypropylene.
- a pipe for a cooling circuit especially a heat engine, formed of at least three distinct layers.
- These layers consist, from the inside to the outside, of a cross-linked polyethylene inner layer, a polypropylene intermediate layer and an outer layer of thermoplastic elastomer material based on polyolefinic material, for example an EPDIW elastomeric alloy. polypropylene.
- the polyethylene of the inner layer is, for example, crosslinked with silanes.
- Such a multilayer structure involving a multiplicity of different polymer materials, is still too complex to give rise to economically interesting production.
- these multilayer structures comprise materials which are difficult to separate with a view to their recycling.
- a first object of the invention is therefore to overcome the drawbacks described above and to propose a fluid circulation duct whose wall thickness is further reduced, while maintaining the strength required for its use, particularly as a motor vehicle fluid coolant pipe.
- Another object of the invention is to reduce the weight of cooling to further lighten the vehicles.
- Another object of the invention is to provide a fluid circulation conduit comprising a reduced number of polymer materials, for simpler manufacturing and therefore faster and more economical.
- Another object of the invention is to provide a fluid circulation pipe that can be easily recycled.
- the present invention relates to a cooling fluid circulation line for a motor vehicle, such as a motor fluid cooling pipe, characterized in that the wall of the pipe consists of a single layer made of a polymeric material. comprising the mixture of at least two polymeric materials of different nature, one referred to as the first material being a polyolefin and the other referred to as the second material being a thermoplastic elastomeric polymer (TPE).
- the wall of the pipe consists of a single layer made of a polymeric material consisting exclusively of the mixture of said first material and said second material.
- conduit are hereinafter referred to throughout the text any tube, tubing, pipe, pipe, and therefore including the engine fluid cooling pipes.
- the inventors have been able, surprisingly, to carry out a monolayer wall pipe satisfying the criteria presented in the introduction, by means of a mixture of polyolefin and a thermoplastic elastomer polymer, whereas these two types of polymers are used, in the FR2797673, an outer layer of the engine fluid cooling pipes, in addition to other inner layers or and / or intermediate.
- the layer formed of polyolefin and an elastomeric polymer thermoplastic is therefore not in contact with the glycol-based heat transfer fluid.
- the thickness of the single-layer wall is reduced, which makes it easier to insert this pipe in restricted spaces, as are the current engine compartments of motor vehicles or battery packs.
- the polymeric material of said pipe contains a polyolefin content of at least 30% by weight, preferably at least 40% by mass.
- this polymeric material may contain a polyolefin content of between 30% and 70% by weight, preferably between 40 and 60% by weight.
- the choice of the mass proportions, within these ranges, is a function, in particular, of the desired mechanical strength for driving, and its destination.
- the properties of the pipe can be altered: below 30% by mass, the performances, in particular the resistance to pressure, are degraded, and beyond 70% by mass, the material becomes too rigid, so more difficult to install on the vehicle and the driving system transmits too much effort to the interfaces.
- thermoplastic elastomer polymer which in particular gives said pipe a certain flexibility, is preferably a polyolefinic elastomer polymer, for example a vulcanized elastomer.
- Said polyolefinically based thermoplastic elastomer polymer advantageously has a Shore A hardness of between 30 and 70, preferably between 35 and 65, more preferably between 40 and 65.
- Said first material is a polyolefin chosen from polypropylene (PP), polyethylene (PE), preferably high density polyethylene (HDPE), a crosslinked polyethylene (PER) or a mixture thereof.
- PP polypropylene
- PE polyethylene
- HDPE high density polyethylene
- PER crosslinked polyethylene
- the present invention also relates to the method of manufacturing a fluid circulation line as described above.
- This method comprises an operation of mixing at least one polyolefin and the thermoplastic elastomer polymer (TPE), a step of extruding said mixture in a screw extruder, followed by a step of forming the pipe, the operation of mixing the polyolefin and the thermoplastic elastomeric polymer (TPE) being carried out upstream of the extruder or at the inlet thereof.
- This is a step of extruding the mixture of the two polymers polyolefin and thermoplastic elastomer polymer leading to a single-layer structure, not a co-extrusion of two polymers leading to a two-layer structure.
- the plant for carrying out this process therefore comprises either a feed hopper for each of the polymers, with a mixing zone upstream of the screw extruder, or at the inlet of the latter, or a single hopper. feed receiving the two polymers in the desired proportions (in the form of a premix).
- the extrusion of said mixture comprising the polyolefin and the thermoplastic elastomer polymer is advantageously carried out at a temperature of between 180 and 240 ° C., preferably between 200 and 220 ° C. Such a temperature allows a good homogenization of the two different materials in the cylinder of the extruder during the extrusion step.
- the forming is carried out in a heating chamber.
- the present invention also relates to the use of said fluid circulation line as described above, as a coolant pipe, such as for a heat engine, electric motor, electric converter or vehicle battery.
- the mixture in proportions by weight 40/60 of polypropylene (PP) and a thermoplastic elastomer polymer based on vulcanized polyolefinic base (TPV), for example of the brand Santoprene®
- PP polypropylene
- TSV thermoplastic elastomer polymer based on vulcanized polyolefinic base
- connection elements - ...
- the tubular pipe has a monolayer wall with a thickness of between 2 and 4 mm. This reduced thickness and its density close to 0.95 makes it possible to reduce, with equivalent mechanical properties, the weight of the pipe of the order of 40% compared to a pipe having the same mechanical performance, made of vulcanized rubber (the density is generally between 1, 15 and 1, 20) with a textile reinforcement, 3 to 5 mm thick.
- the pipe according to the invention can withstand temperatures ranging from -40 ° C to 125 ° C, and simultaneously at pressures of the order of 1 to 4 bars relative.
- thermoplastic elastomer polymer in the polymer material forming the wall of the pipe has several advantages, among which:
- this single-layer wall formed of polypropylene (PP) and thermoplastic elastomer polymer based on a vulcanized polyolefinic base (TPV) is able to withstand the chemical attack of the transported heat transfer fluid, especially when it contains glycol, and to withstand the pressures and high temperatures especially during engine operation.
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Abstract
Conduite de circulation de fluide de refroidissement pour véhicule automobile, tel que tuyau de refroidissement de fluide moteur, caractérisée en ce que la paroi de la conduite est constituée d'une seule couche réalisée en un matériau polymérique comprenant le mélange d'au moins deux matériaux polymères de nature différente, l'un, dénommé premier matériau, étant une polyoléfine, l'autre, dénommé second matériau, étant un polymère élastomère thermoplastique (TPE). Le procédé de fabrication de cette conduite comprend une opération de mélange d'au moins la polyoléfine et le polymère élastomère thermoplastique (TPE), une étape d'extrusion dudit mélange dans une extrudeuse à vis, suivie d'une étape de formage de la conduite, l'opération de mélange de la polyoléfine et du polymère élastomère thermoplastique (TPE) étant effectuée en amont de l'extrudeuse ou à l'entrée de cette dernière.
Description
CONDUITE DE CIRCULATION DE FLUIDE POUR VEHICULE AUTOMOBILE, SON PROCEDE DE FABRICATION ET SON UTILISATION EN TANT QUE TUYAU DE REFROIDISSEMENT DE FLUIDE MOTEUR DE VEHICULE AUTOMOBILE
DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne le domaine des conduites de circulation de fluide. Plus particulièrement l'invention est relative aux conduites de circulation de fluide pour véhicule automobile, tel que tuyau de refroidissement de fluide moteur, ainsi que leur procédé de fabrication. ART ANTERIEUR
Les conduites de circulation de fluide, tels que les tuyaux utilisés dans l'industrie automobile, sont notamment mises en œuvre pour acheminer un fluide caloporteur, tel qu'un mélange eau/éthylène glycol, dans le circuit de refroidissement du moteur. Les contraintes principales de ces conduites concernent la résistance aux températures élevées et à la pression lors du fonctionnement du moteur, ainsi que leur résistance à l'agression du liquide transporté. En particulier, est évité l'usage de polyuréthane incompatible avec le contact des fluides renfermant un glycol.
Actuellement, ces conduites de circulation de fluide, tels que les tuyaux de liquide de refroidissement pour moteur, sont généralement réalisées en une ou plusieurs couches de matériau polymère élastomère (tel que du caoutchouc), renforcées par un tricotage ou tressage en matériau textile ou en fibres d'aramide ou de polyester. Par exemple, comme décrit dans le document GB 1 522 236 deux couches polymères sont extrudées l'une autour de l'autre, le matériau de renforcement étant interposé entre ces deux couches. La couche interne est en polyéthylène, de préférence à haute densité, greffé avec un
silane, et la couche externe est en polypropylène.
Les principaux inconvénients de ces types de conduites incorporant au moins une couche de renfort sont liés à leur poids et leur encombrement (en raison notamment de leur épaisseur). Leur cycle de fabrication qui est en partie manuel est d'une durée trop longue. De plus, du fait de leur rigidité, lesdites conduites transmettent des efforts aux interfaces, notamment sous l'effet des vibrations du moteur.
L'espace sous les capots étant de plus en plus réduit et la tendance actuelle étant à l'allégement général des véhicules, le document FR 2 797 673 a proposé, pour réduire le poids, ainsi que l'encombrement de tels tuyaux, une conduite pour circuit de refroidissement, notamment de moteur thermique, formée d'au moins trois couches distinctes. Ces couches sont constituées, de l'intérieur vers l'extérieur, d'une couche interne en polyéthylène réticulé, d'une couche intermédiaire en polypropylène et d'une couche extérieure en matériau thermoplastique élastomère à base polyoléfinique, par exemple un alliage élastomérique EPDIW polypropylène. Le polyéthylène de la couche interne est par exemple réticulé avec des silanes.
Une telle structure multicouche, faisant intervenir une multiplicité de matériaux polymères différents, est encore trop complexe pour donner lieu à une fabrication économiquement intéressante. De plus, ces structures multicouches comportent des matériaux difficilement séparables en vue de leur recyclage.
BUTS DE L'INVENTION
Un premier but de l'invention est donc de pallier les inconvénients décrits ci- dessus et de proposer une conduite de circulation de fluide dont l'épaisseur de la paroi est encore réduite, tout en maintenant la résistance requise pour son utilisation notamment en tant que tuyau de refroidissement de fluide moteur de véhicule automobile.
Un autre but de l'invention est de réduire le poids des conduites de
refroidissement afin d'alléger encore les véhicules.
Un autre but de l'invention est de proposer une conduite de circulation de fluide comportant un nombre réduit de matériaux polymères, en vue d'une fabrication plus simple et donc plus rapide et plus économique.
Un autre but de l'invention est de proposer une conduite de circulation de fluide pouvant être aisément recyclée. DESCRIPTION DE L'INVENTION
A cet effet, la présente invention concerne une conduite de circulation de fluide de refroidissement pour véhicule automobile, tel que tuyau de refroidissement de fluide moteur, caractérisée en ce que la paroi de la conduite est constituée d'une seule couche réalisée en un matériau polymérique comprenant le mélange d'au moins deux matériaux polymères de nature différente, l'un, dénommé premier matériau, étant une polyoléfine, l'autre, dénommé second matériau, étant un polymère élastomère thermoplastique (TPE). De manière avantageuse, la paroi de la conduite est constituée d'une seule couche réalisée en un matériau polymérique constitué exclusivement du mélange dudit premier matériau et dudit second matériau.
Par conduite, sont désignés ci-après dans l'ensemble du texte tout tube, tubulure, canalisation, tuyau, et notamment donc les tuyaux de refroidissement de fluide moteur.
Les inventeurs ont pu, de manière surprenante, réaliser une conduite à paroi monocouche satisfaisant aux critères présentés en introduction, au moyen d'un mélange de polyoléfine et d'un polymère élastomère thermoplastique, alors que ces deux types de polymères sont utilisés, dans le document FR2797673, en couche externe des tuyaux de refroidissement de fluide moteur, en complément d'autres couches interne ou et/ou intermédiaire. Dans ce document, la couche formée de polyoléfine et d'un polymère élastomère
thermoplastique n'est donc pas en contact avec le fluide caloporteur à base de glycol.
La fabrication d'une telle conduite à paroi monocouche est grandement facilitée par rapport aux conduites à paroi multicouche.
De plus, l'épaisseur de la paroi monocouche est réduite, ce qui permet d'insérer plus aisément cette conduite dans des espaces restreints, comme le sont les compartiments moteur actuels des véhicules automobiles ou les packs de batteries.
En outre, une telle conduite à paroi monocouche est plus facilement recyclable.
Avantageusement, le matériau polymérique de ladite conduite renferme une teneur en polyoléfine d'au moins 30 % massique, de préférence au moins 40 % massique.
Plus particulièrement, ce matériau polymérique peut renfermer une teneur en polyoléfine comprise entre 30% et 70 % massique, de préférence entre 40 et 60 % massique. Le choix des proportions massiques, à l'intérieur de ces gammes, est fonction notamment de la résistance mécanique souhaitée pour la conduite, et sa destination.
En dehors de ces gammes, les propriétés de la conduite peuvent être altérées : en deçà de 30 % massique, les performances, notamment de tenue à la pression, sont dégradées, et en delà de 70 % massique, le matériau devient trop rigide, donc plus difficile à installer sur le véhicule et la conduite transmet trop d'efforts aux interfaces.
Le polymère élastomère thermoplastique, qui confère notamment une certaine souplesse à ladite conduite, est de préférence un polymère élastomère à base polyoléfinique, par exemple un élastomère vulcanisé.
Ledit polymère élastomère thermoplastique à base polyoléfinique présente avantageusement une dureté Shore A comprise entre 30 et 70, de préférence
comprise entre 35 et 65, de préférence encore comprise entre 40 et 65.
Ledit premier matériau est une polyoléfine choisie parmi le polypropylène (PP), le polyéthylène (PE), de préférence le polyéthylène à haute densité (PEHD), un polyéthylène réticulé (PER) ou un mélange de ceux-ci.
La présente invention concerne également le procédé de fabrication d'une conduite de circulation de fluide telle que décrite ci-dessus. Ce procédé comprend une opération de mélange d'au moins la polyoléfine et le polymère élastomère thermoplastique (TPE), une étape d'extrusion dudit mélange dans une extrudeuse à vis, suivie d'une étape de formage de la conduite, l'opération de mélange de la polyoléfine et du polymère élastomère thermoplastique (TPE) étant effectuée en amont de l'extrudeuse ou à l'entrée de cette dernière. II s'agit bien ici d'une étape d'extrusion du mélange des deux polymères polyoléfine et polymère élastomère thermoplastique conduisant à une structure mono-couche, et non d'une co-extrusion de deux polymères conduisant à une structure bi-couche.
L'installation pour la réalisation de ce procédé comprend donc soit une trémie d'alimentation pour chacun des polymères, avec une zone de mélange en amont de l'extrudeuse à vis, ou à l'entrée de cette dernière, soit une seule trémie d'alimentation recevant les deux polymères dans les proportions souhaitées (sous forme d'un prémix). L'extrusion dudit mélange comprenant la polyoléfine et le polymère élastomère thermoplastique est avantageusement réalisée à une température comprise entre 180 et 240°C, de préférence entre 200 et 220 °C. Une telle température permet une bonne homogénéisation des deux matériaux différents dans le cylindre de l'extrudeuse lors de l'étape d'extrusion.
Le formage est réalisé dans une enceinte chauffante.
La présente invention concerne également l'utilisation de ladite conduite de circulation de fluide telle que décrite ci-dessus, en tant que tuyau de fluide de refroidissement, tels que pour moteur thermique, moteur électrique, convertisseur électrique ou batterie de véhicule.
D'autres particularités et avantages ressortiront de la description ci-après d'un exemple non limitatif de réalisation de l'invention.
EXEMPLE DE REALISATION
Un exemple de réalisation d'une conduite de circulation de fluide caloporteur pour refroidissement de moteur comprend :
-le mélange, dans des proportions massiques 40/60 de polypropylène (PP) et d'un polymère élastomère thermoplastique à base polyoléfinique vulcanisé (TPV), par exemple de la marque Santoprene®
(commercialisée par la société ExxonMobil);
-l'introduction, au moyen d'une vis, dudit mélange des polymères dans une extrudeuse ;
-l'extrusion dudit mélange des polymères à une température comprise entre 200 et 220 °C , conduisant à une forme tubulaire ;
-le thermoformage du matériau extrudé dans un four à air chaud pour lui donner sa forme définitive ; puis
-refroidissement ; et
-éventuellement assemblage d'éléments de connectique.
La conduite tubulaire présente une paroi monocouche d'épaisseur pouvant être entre 2 et 4 mm. Cette épaisseur réduite et sa densité voisine de 0,95 permet de diminuer, à propriétés mécaniques équivalentes, le poids de la conduite de l'ordre de 40 % par rapport à une conduite ayant les mêmes performances mécaniques, réalisée en caoutchouc vulcanisé (dont la densité est généralement comprise entre 1 ,15 et 1 ,20) avec un renfort textile, de 3 à 5 mm d'épaisseur.
La conduite selon l'invention peut résister aux températures allant de -40°C à 125 °C, et simultanément à des pressions de l'ordre de 1 à 4 bars relatifs.
La présence du polymère élastomère thermoplastique dans le matériau polymère formant la paroi de la conduite présente plusieurs avantages, parmi lesquels :
-un amortissement des vibrations, lorsque le moteur est en fonctionnement, et le véhicule en marche
-une plus grande souplesse : qui permet la fixation des extrémités de ladite conduite aux embouts de raccordement, que ces derniers soient lisses ou équipés de crans, sans nécessiter l'usage de système d'assemblage tels que des colliers de serrage. Il s'ensuit une simplification et une rapidité de montage du tuyau de refroidissement, tant lors son montage initial que lors de son remplacement éventuel.
De plus cette paroi monocouche formée de polypropylène (PP) et de polymère élastomère thermoplastique à base polyoléfinique vulcanisé (TPV) est apte à résister aux agressions chimiques du fluide caloporteur transporté, notamment lorsque celui-ci renferme du glycol, et à résister aux pressions et températures élevées en particulier lors du fonctionnement du moteur.
Claims
1 . Conduite de circulation de fluide de refroidissement pour véhicule automobile, tel que tuyau de refroidissement de fluide moteur,
caractérisée en ce que la paroi de la conduite est constituée d'une seule couche réalisée en un matériau polymérique comprenant le mélange d'au moins deux matériaux polymères de nature différente, l'un, dénommé premier matériau, étant une polyoléfine, l'autre, dénommé second matériau, étant un polymère élastomère thermoplastique (TPE).
2. Conduite selon la revendication 1 , caractérisée en ce que le matériau polymérique renferme une teneur en polyoléfine d'au moins 30 % massique, de préférence au moins 40 % massique.
3. Conduite selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le matériau polymérique renferme une teneur en polyoléfine comprise entre 30% et 70 % massique, de préférence entre 40 et 60 % massique.
4. Conduite selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le polymère élastomère thermoplastique (TPE) est un polymère élastomère à base polyoléfinique.
5. Conduite selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le polymère élastomère thermoplastique (TPE) à base polyoléfinique est un élastomère vulcanisé.
6. Conduite selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le polymère élastomère thermoplastique (TPE) à base polyoléfinique présente une dureté Shore A comprise entre 30 et 70, de préférence comprise entre 35 et 65, de préférence encore comprise entre 40 et 65.
7. Conduite selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit premier matériau est une polyoléfine choisie parmi le polypropylène (PP), le polyéthylène (PE), de préférence le polyéthylène à haute densité (PEHD), un polyéthylène réticulé (PER) ou un mélange de ceux- ci.
8. Conduite de circulation de fluide de refroidissement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en que la paroi de la conduite est constituée d'une seule couche réalisée en un matériau polymérique constitué exclusivement du mélange des deux matériaux polymères de nature différente, l'un, dénommé premier matériau, étant une polyoléfine, l'autre, dénommé second matériau, étant un polymère élastomère thermoplastique (TPE).
9. Procédé de fabrication de la conduite conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une opération de mélange d'au moins la polyoléfine et le polymère élastomère thermoplastique (TPE), une étape d'extrusion dudit mélange dans une extrudeuse à vis, suivie d'une étape de formage de la conduite, l'opération de mélange de la polyoléfine et du polymère élastomère thermoplastique (TPE) étant effectuée en amont de l'extrudeuse ou à l'entrée de cette dernière.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'extrusion dudit mélange comprenant la polyoléfine et le polymère élastomère thermoplastique (TPE) est réalisée à une température comprise entre 180 et 240°C, de préférence entre 200 et 220 °C.
1 1 . Utilisation de la conduite de circulation de fluide selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, en tant que tuyau de fluide de refroid issementde moteur thermique, moteur électrique, convertisseur électrique ou batterie de véhicule.
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