Procédé de fabrication de pellicules et appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé.
La présente invention se rapporte à la fabrication de pellicules en matière plastique.
Elle se rapporte plus particulièrement à un procédé d'extrusion d'un tube gonfle pour fabriquer une pellicule en matière plastique ne nécessitant pas de support, et à l'appareil pour mettre en oeuvre ce procédé.
On connaît un procédé d'extrusion d'un tube suivant lequel on extrude une matière thermoplastique a l'état fondu par une filière annulaire sous forme d'un tube sans soudure, et. on gonfle le tube à un diamètre déterminé à mesure qu'il sort de la filière et tandis qu'il est à l'état plastique permettant de le conformer. Un agent de refroidissement gazeux est soufflé à la surface périphérique extérieure du tube au voisinage du point d'extrusion pour refroidir le tube dans une mesure suffi- sante pour le solidifier après gonflement au diamètre voulu.
On sait aussi que l'agent de refroidissement gazeux peut être soufflé sur le tube par un tuyau perforé enroulé en hélice, ou par un anneau perforé.
Bien que les procédés et appareils déjà connus aient rencontré un large succès commereial, on a constaté que l'agent de refroidissement gazeux y était appliqué en un courant irrégulier à la paroi périphérique extérieure du tube gonflé. En conséquence, le tube était irrégulièrement refroidi, avec des plages épaisses et des plages minces s'étendant dans des directions variables suivant le courant d'air. Lorsque ce tube était ensuite étire par l'agent de gonflement, les plages minces s'éti- raient plus que les plages épaisses. On obtenait ainsi, par enroulement du tube aplati, un rou- leau inégal, présentant des bosses.
Dans le cas de matières plastiques susceptibles de fluage à froid, la tension d'enroulement éti- rait le film sur les bosses, de sorte que le film déroulé ne pouvait être disposé à plat, présentait des ondulations et exigeait des précautions spéciales lors de l'impression, l'achèvement, etc.
La présente invention a pour but d'élimi- ner ces inconvénients.
Elle a pour objet un procédé de fabrication de pellicules, en matière plastique sans support, par extrusion d'un tube gonflé, caractérisé en ce qu'on fait passer de façon continue la surface périphérique extérieure de sections successives d'un tube gonfle sans soudure à l'état plastique de conformation dans la zone d'action d'un courant continu annulaire et convergent d'agent gazeux de refroi dissement soufflé par un orifice annulaire entourant complètement le tube, tournant, autour de l'axe central de ce dernier, mais écarté du tube qui le traverse, de manière que tous les points de la surface périphérique extérieure du tube située dans ladite zone d'action soient continuellement soumis à l'action de l'agent de refroidissement.
L'invention a aussi pour objet un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé, cet appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend une filière avec un orifice annulaire, un dispositif d'extrusion d'une matière ther- moplastique fondue par cet orifice pour former un tube sans soudure, un dispositif d'entraînement continu du tube à partir du point d'extrusion, un dispositif pour maintenir une bulle sensiblement constante d'un agent gazeux dans la section du tube s'étendant entre le point d'extrusion et le point d'entrainement du tube, un dispositif de soufflage d'un agent gazeux de refroidissement sous la forme d'un courant annulaire convergent et continu,
entourant la surface extérieure de la section du tube gonflé au voisinage de la filière et dirigé sur cette surface, et un dispositif pour entraîner ce dernier dispositif dans un mouvement de rotation autour de l'axe longitudinal du tube.
Le terme éta. t plastique de conformation est utilisé ci-après pour définir l'état de la matière plastique qui n'estpassolidifiéeouque partiellement solidifiée et peut être allongée de façon permanente, par exemple par étirage.
En général, tout gaz n'exerçant aucune influence indésirable sur la matière plastique peut être utilisé comme agent de gonflement.
L'air atmosphérique est préféré pour son prix de revient très faible.
L'invention n'est pas limitée à un agent de refroidissement gazeux particulier. Cet agent peut être de l'air à la température ambiante, avec ou sans addition d'humidité ou de l'air refroidi à une température inférieure à la température ambiante. D'une manière générale, tout agent gazeux soit à la température ambiante, soit à une température inférieure, peut être utilisé s'il n'exerce pas d'in- fluenee défavorable sur le tube.
Le dessin ei-annexé illustre le procédé et représente, à titre d'exemple, une forme d'exé- cution de l'appareil pour la mise en oeuvre du procédé.
Fig. 1 est une vue en élévation de côté (avec l'organe d'extrusion en coupe partielle) de l'appareil.
Fig. 2 est une vue en coupe suivant la ligne 2-2 de la fig. 1.
Fig. 3 est une vue en coupe suivant la ligne 3-3 de la fig, 2.
Fig. 4 est une vue en plan d'un support de balais et des balais qn'il eontient.
Fig. 5 est une vue en coupe suivant la ligne 5-5 de la fig. 4, et
fig. 6 est une vue en coupe suivant la ligne 6-6 de la fig. 5.
Dans ce dessin, où les mêmes pièces sont désignées par les même, chiffres de référence dans toutes les figures, 2 désigne un support d'un appareil d'ext. rusion 4, muni à une extré- mité d'une trémie d'alimentation 6 qui fait passer la matière thermoplastique choisie dans une chambre 8 contenant une vis d'extrusion.
LTn vibreur électrique 10, de modèle connu, coopère avec la trémie 6 pour accélérer le passage de la matière thermoplastique dans l'appareil d'extrusion. Une vis à filet simple 12 est placée dans la chambre 8, et, par rotation dans le sens des aiguilles d'une montre si l'on regarde du côté gauche de la fig. I, fait avancer la matière thermoplastique dans l'appareil. La vis 12 est entraînée de manière connue par des moyens non représentés. L'al)- pareil d'extrusion 4 est muni d'une chambre 14, entourée d'une chemise et parcourue par un agent de chauffage.
La matière thermoplastique fond à mesure qu'elle est chassée dans l'appareil par la vis 12 et passe, à l'état fondu, dans un coude à 90 16 fixé de façon appropriée, par exemple par des boulons, à la tête 18 de l'appareil d'extrusion. Une filière, indiquée de manière générale par le chiffre 20, est fixée de toute façonappropriéeàl'extrémité de sortie du coude 16, pour que la matière thermoplastique fondue puisse y pénétrer.
Comme le montre schématiquement la fig. p, la filière, comprend une cuvette 22 et un pointeau 24 qui pourrait être réglable dans le sens axial de la filière, séparés l'un de l'autre pour former un orifice annulaire 26 d'où la masse fondue sort sous forme d'un tube de matière thermoplastique 28, chaud, visqueux et ressemblant à de la gomme. La filière 20 présente un orifice central 30 relié à une arrivée d'air 32, grâce auquel de l'air peut être introduit à l'intérieur du tube pour le gonfler.
L'arrivée d'air 32 est munie d'un robinet, non représenté, permettant d'empê- cher l'entrée de l'air une fois que la quantité d'air désirée a été introduite à l'intérieur du tube. Au cas où la quantité d'air diminue dans le tube, par fuites ou de toute autre manière, la quantité d'air voulue peut être ajoutée en ouvrant le robinet.
Le tube gonflé 28 est entraîné hors de l'orifice 26 de la filière, en direction sensiblement. verticale au moyen d'une paire de rou leaux pinceurs 40 et 42 éloignés de la filière.
Le e rouleau pineeur 40 peut tourner sur un arbre 44 dans des paliers 46 montés sur des pièces transversales 48 supportées par des piliers verticaux 50 et 52. Le rouleau pinceur 42 est monté sur l'arbre 54 tournant dans des paliers 56 montés sur les pièces transversales 48. L'un des deux ou les deux rouleaux 40 et 42 sont entraînes par des moyens connus non représentés. Dans les deux cas, la vitesse périphérique des rouleaux 40 et 42 est de pré férence suffisante pour étirer le tube pendant qu'il est. à l'état plastique de conformation.
Les rouleaux 40 et 42 servent également à aplatir le tube passant entre eux en un ruban plat, désigné par le chiffre 58, qu'on enroule sur un mandrin entraîné par un moteur à couple de torsion, non représenté. Si on le dé- sire, des rouleaux de guidage, non représen- tés, servant à diriger le tube aplati du rouleau pinceur au mandrin d'enroulement peuvent être prévus entre le rouleau 42 et ce mandrin.
On remarquera que l'agent de gonflement est enfermé ou confiné entre la ligne de pincage des rouleaux 40 et 42 et la filière 20, et qu'il constitue une bulle de gaz isolée qui avance comme un tout, en restant sensiblement constante en quantité, à l'intérieur des parties successives du tube s'étendant entre la filière et la ligne de picage.
Comme on peut le voir dans les fig. 1 et 3, le tube 28 entraîné hors de la filière passe dans un anneau 66 qui applique un agent de refroidissement gazeux sous forme d'un courant annulaire sur la paroi périphérique du tube. L'anneau est pourvu d'un passage circulaire 68, et sa paroi intérieure 70 présente une fente 72 s'étendant sur sa périphérie et constituant un orifice permettant de faire passer l'agent gazeux de. refroidissement sous la forme d'un courant annulaire dans le passage. Le diamètre du passage 68 permet au tube de passer au travers sans entrer en contact avec la paroi intérieure 70 ou une autre partie de l'anneau. L'anneau à air est muni d'une série de chicanes 76 et 78 pour que l'agent gazeux emprunte le chemin représenté à la fig. 3 jusqu'à l'orifice 72.
On remarquera que le fond 80 de l'anneau 66 entre la cloison intérieure 70 et la chicane 78, qui coopère avec la cloi- son intérieure périphérique 70 pour former l'orifice 72, est incliné vers le haut en direction du passage 68, dirigeant ainsi le courant annulaire d'agent gazeux de refroidissement vers le haut et avec une légère convergence par rapport à l'axe du passage 68. Si on le désire, l'orifice de l'anneau peut diriger l'agent de refroidissement perpendiculairement au tube.
Comme on le voit à la fig. 1, l'anneau à air 66 comporte une surface 84 formant poulie, qui coopère avec une courroie sans fin 86 entraînée par une poulie 88 placée sur un arbre 90 d'un réducteur de vitesse 92 relié de façon appropriée à l'arbre 94 d'un moteur 96.
Le réducteur de vitesse 92 et le moteur 96 sont tous deux montés de façon appropriée sur le montant 50.
Pour des raisons qui seront expliquées plus loin, le fond 98 de l'anneau à air de refroidissement 66 est fixé à une plaque 100. La plaque 100 sur laquelle est monté l'anneau est percée d'une ouverture centrale circulaire de grandeur suffisante pour livrer passage à l'extrémité avant de la filière. Un anneau de guidage 102 est fixé de façon appropriée à la face inférieure de la plaque de montage 100, près de l'ouverture, comme le montre la fig. 3.
Le bord intérieur de l'anneau de guidage 102 s'étend au-delà du bord intérieur de l'anneau 100. L'anneau de guidage 102 coopère avec de nombreux galets 104 et 106 montés avec écartement sur une bande 108 serrée de façon dé- tachable sur la filière 20. Les galets 104 co- opèrent avee la surface inférieure de l'anneau de guidage 102, tandis que les galets 106 co
opèrent avec le bord intérieur de l'anneau de guidage 102. Grâce à ce dispositif, l'anneau à air est susceptible de tourner autour de l'axe central de la. filière ou du tube, en même temps que la plaque 100 sur laquelle il est monté, lorsque tourne la poulie 84 de l'an- neau à air.
La position et l'emplacement de l'anneau de refroidissement par rapport à la sortie de la fière peuvent être modifiés en déplaçant la bande de support 108.
La vitesse de rotation de l'anneau de refroidissement est relativement critique et dépend du diamètre de la filière et de l'épaisseur des parois du tube extrudé. Si cette vitesse est trop élevée, le tube se tord, ce qui entraîne des difficultés dans les stades suivants de la fabrication. En général, on a obtenu des ré sultats satisfaisants en faisant tourner l'anneau entre 0, 2 et 2, 5 tours par minute environ suivant le diamètre de la filière et les indications d'essais empiriques. Normalement, on utilise de faibles vitesses de rotation pour des tubes de grand diamètre.
Un agent de refroidissement gazeux, par r exemple de l'air, est fourni à l'anneau de refroidissement par une paire de souffleries 114 disposées face à face. L'ajutage de sortie de chaque soufflerie est relié par un tuyau 116 à une ouverture de l'anneau à air. Chaque soufflerie 114 est entraînée par un moteur séparé 118 porté par un support 120 fixé à la plaque de montage 100. Grâce à ce genre de construction, la soufflerie et son mécanisme moteur tournent autour de l'axe central de la filière lorsque l'anneau de refroidissement dé- crit le mouvement de rotation exposé plus haut.
L'appareil comprend également des dispositifs séparés pour fournir l'énergie électri- que à chacun des moteurs 118 pendant le fonc- tionnement de l'ensemble, et ces dispositifs seront décrits ci-après. Comme les dispositifs sont les mêmes pour chaque moteur, l'un d'entre eux seulement sera décrit, les mêmes chif- fres de référence désignant les mêmes pièces des dispositifs séparés.
Le moteur 118 est relié électriquement par des fils conducteurs a des bagues collectrices intérieure et extérieure respectivement 126 et 128 qui sont solidement fixées à des blocs isolants écartés 130 disposés en cercle et solidement fixés à leur tour à la plaque de montage 100 (fig. 5). Une paire de bagues de garde 132, munies chacune d'oreilles 134, s'étendant vers extérieur et fixées à la plaque de montage 100, sont placées près du bord latéral des blocs 130. De cette façon, lorsque la plaque de montage 100 tourne, les bagues collec- trices 126 et 128 et les bagues de garde 132 tournent autour de leur axe commun.
Dans les fig. 3, 4, 5 et 6, les chiffres de référence 136 et 138 désignent des balais, respectivement intérieur et extérieur en carbone. Le balai intérieur 136 est monté, comme décrit ci-après, de façon à glisser sur la bague collectrice 126, et le balai extérieur 138 est monté de manière analogue de façon à glisser sur la bague collectrice extérieure 128.
Chaque paire de balais est électriquement reliée par des fils conducteurs 140 et 142 à une source d'énergie électrique.
Chacun des balais 136 et 138 est porté séparément à une extrémité d'un support de balai 148. L'autre extrémité du support de balai 148 est conformée en un élément en forme de U 150, monté de manière à tourner sur un pivot 152, dont les extrémités opposées sont fixées dans les bras 154 d'un bloc 156. Chaque bras 154 est muni d'une vis réglable 160 pour fixer le pivot 152 en position. Un ressort de tension 162 coopérant avee le support de balai 148 presse continuellement le balai correspondant et le maintient en contact avec la bague collectrice avec laquelle il coopère.
Dans une forme d'exécution préférée, des pièces d'épaisseur 164 sont montées entre les bras 154 et le support de balai voisin 148.
Chaque bloc 156 est fixé à des oreilles 165, s'étendant vers l'intérieur, d'une paire de bagues concentriques 166 écartées l'une de l'autre. Les bagues 166 sont portées par une paire de plaques 170 et 172 diamétralement disposées et fixées sur des montants 174 et 176. Les montants 174 et 176 sont placés sur une pièce transversale 180, portée par des montants 182 et 1. 84. Si on le désire, les montants 182 et 184 peuvent être relies à leur partie inferieure par une traverse 186 (fig. 1).
On notera que les bagues 166 sont écartées des bagues de garde 132 et reeouvertes partiellement par ces dernières.
Fn couvercle 190, enfermant l'ensemble des balais, est fixé de façon appropriée aux bagues 166. Si on le désire, le couvercle 190 peut être aussi attaché au bloc 156.
En variante, un seul jeu de balais avec des circuits électriques appropriés peut servir ìì alimenter les moteurs en énergie électrique.
En fonctionnement, la matière thermoplas- tique choisie, de préférence en granules ou sous une autre forme divisée, est introduite dans la trémie 6 qui alimente l'appareil d'ex- trusion, et sort de L'orifice annulaire 26 de la filière sous la forme d'un tube sans soudure.
C'e tube est entraîné à partir du point d'ex tu avion par les rouleaux pinceurs 40 et 42.
ITn agent gonflant est introduit dans le tube par l'orifice 30, et emprisonné dans la section du tube comprise entre la filière et la ligne de pincage des rouleaux 40 et 42. La quantité d'agent gonflant introduite dans le tube est choisie pour dilater le tube au diamètre final désiré.
Le tube entraîné hors de la filière passe par le passage 68 de l'anneau de refroidissement où il est soumis à l'action d'un courant annulaire d'agent gazeux de refroi dissement fourni à l'anneau de refroidissement par les souffleries 114, et passant de l'anneau dans le passage 68 par la fente périphérique 72. Les chicanes à l'intérieur de l'anneau de refroidissement tendent à réduire les tourbillons produits par le courant d'agent gazeux de refroidissement traversant l'anneau.
Pendant le fonctionnement, la courroie 86, coopérant avee la surface 84 formant poulie sur l'anneau de refroidissement, fait tourner ce dernier. Comme l'anneau de refroidissement est fixé sur la plaque de montage 100, ces deux éléments tourneront autour de l'axe centra] de la filière, les galets 104 et 106 servant à faciliter ce déplacement et à guider la pla- que de montage. De même, les souffleries 114 et les moteurs 118, portés par la plaque de montage, tourneront autour de l'axe central de la, filière.
Les bagues collectrices 126 et 128 tourneront également autour de l'axe central de la filière. Les balais 136 et 138 sont fixes, mais sont susceptibles de glisser sur la bague collectrice correspondante, toujours en contact avec elle, ce qui assure l'alimentation ininterrompue en énergie électrique des moteurs des souffleries pendant. la marche.
Comme il ressort de la description ci-dessus, l'agent gazeux de refroidissement sort de l'orifice 72 de l'anneau de refroidissement sous la forme d'un courant annulaire montant et convergent, et entre en contact avec la paroi périphérique entière de sections successi- ves du tube gonflé passant par la zone d'ac- tion de ce courant. En choisissant pour la bande de support 108 une position longitudi- nale appropriée par rapport à la filière, l'ori- fiee de sortie de l'anneau de refroidissement peut être remonté ou abaissé par rapport à l'orifice de la filière.
Bien que, dans la forme préférée d'exécu- tion, l'agent gazeux de refroidissement sorte sous la forme d'un seul courant annulaire de l'anneau en rotation, l'invention n'est pas limitée à cette caractéristique. Au lieu d'une fente annulaire, on peut utiliser un nombre quel- conque de fentes annulaires ou ouvertures séparées et faire ainsi sortir de l'anneau plu- sieurs courants qui entreront en contact avee la paroi périphérique du tube passant par la zone d'action de ces courants.
On remarquera que le tube, du moment où il est extrudé jusqu'à celui où il est aplati par les cylindres pinceurs n'entre ni en contact ni en engagement avee un élément méca- nique quelconque.
Les principes du procédé décrit s'appliquent également à 1'extrusion vers le haut, vers le bas où à 1'extrusion horizontale.
Le procédé, qui a donné des résultats satisfaisants dans la fabrication de tubes aplatis en polyéthylène, n'est pas limité à l'emploi de cette matière. En général, il peut être appli- que à toutes les matières thermoplastiques, à leurs mélanges, et à des mélanges de caout ehoues synthétiques et de matières thermoplas- tiques. Chaque matière en composition thermo- plastique possède certaines propriétés qui peu- vent demander des essais visant à déterminer par l'expérience les variables du procédé qui doivent être équilibrées pour obtenir un tube présentant les caractéristiques désirées.
Cette considération s'applique en particulier à la quantité d'agent gazeux de refroidissement, la température aux bords de la filière pouvant être différente suivant les matières ou les compositions thermoplastiques. On trouvera ci-dessous, à titre d'exemple, une liste de matières thermoplastiques pouvant être utilisées dans le procédé objet de l'invention, en plus du polyéthylène.
Acétate de cellulose
Aeéto-butyrate de cellulose Ethyl-cellulose
Méthacrylate de méthyle polymère
Nylon (qualité extrusion ou moulage)
Polystyrène Polyvinyl-f ormal-acétate-butyral
Copolymères de chlorure de vinyle et
d'acétate de vinyle (Vinylite)
Chlorure de polyvinyle (Géon)
Copolymères de ehlorure de vinyle et de
chlorure de vinylidène (Saran)
Les propriétés de la. matière ou de la com- position thermoplastique peuvent être modifiées, par exemple par incorporation d'agents modificateurs appropriés : plastifiants, charges, colorants, agents de stabilisation thermique, antioxydants, etc.
Le procédé décrit convient particulièrement pour la fabrication de pellicules ou films minces et continus, sans support, sous forme d'un tube aplati. Ce tube peut éventuellement être coupé longitudinalement pour obtenir une feuille continue. Des pellicules, sous forme de feuilles ou de tubes, ont été obtenues en différentes épaisseurs, comprises entre 0, 0005 et 0, 020 pouce et plus (0, 012 à 0, 5 mm).