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Papier extensible en tout sens et procédé pour la fabrication de celui-ci.
La présente invention a pour objet un papier extensible en tout sens, ainsi qu'un procédé pour la fabrication de celui-ci.
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Comme papier extensible et élastique, on connait le papier crêpe. Celui-ci est fabriqué sur le cylindre à crêper de la machine à papier, le ruban de papier humide étant refoulé sur ce dernier au moyen d'une lancette, de telle façon que le papier, par suite d'une formation plissée serrée, qui s'étend transversalement par rapport au sens longitudinal du ruban de papier, ne soit toutefois extensible que dans le sens longitudinal.
On a déjà également essayé de crêper le papier dans deux directions diagonales afin de lui donner une meilleure extensibilité.
D'autres procédés généralement utilisables pour la fabrication de papier élastique dans le sens longitudi- nal et transversal ne sont, jusqu'à maintenant, pas connus.
Le papier suivant la présente invention possède l'extensibilité et l'élasticité en tout sens désirées, par le fait qu'en de nombreux endroits, répartis d'une faon et densité quelconque sur la surface du ruban de papier, le matériel du ruban de papier est amassé sous forme de nombreuses fronces groupées autour du milieu des endroits déjà mentionnés, au moyen d'un froncement mécanique du papier, aussi bien dans le sens longitudinal du ruban, que dans le sens transversal. A ces endroits ou "nids de fronces" le sens de ces fronces peut être quelconque, notamment sous forme de rayonnement, d'anneau, d'étoile ou de croix ou dirigé transversalement.
Le nombre et la densité de ces nids de fronces détermine
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le degré d'extensibilité du papier qui, pour une disposition symétrique, est le même dans tous les sens.
Le fait que le papier est amassé à de nombreux endroits individuels de la surface en de courtes fronces qui, comme telles, ne sont pas en rapport les unes avec les autres et se dirigent dans toutes les directions, donne à ce papier, possédant une grande extensibilité et élastici- té topique en tout sens, une force de résistance considéra- ble contre la déformation par traction dans n'importe quelle direction.
Dans la fabrication de ce papier extensible en tout sens, l'invention part du fait que pour la formation des "nids de fronces", il doit y avoir suffisamment de matériel de papier aux différents endroits, et celui-ci doit être réparti uniformémento
Ceci est obtenu grâce au procédé suivant l'invention, par le fait qu'à de nombreux endroits, appelés nids de fronces, répartis sur la surface du papier, le papier est froncé autour du milieu de ces endroits sous forme de rayonnement, ainsi que dans d'autres directions, comme par exemple, sous forme d'anneau, d'étoile ou de croix ou de fronces transversales.
Pour obtenir ces nids de fronces, le ruban de papier courant est d'abord froncé sous forme ondulée, transversalement par rapport au sens de la course, puis froncé également en- tre des cylindres tournant l'un contre l'autre et dont les surfaces sont munies d'élévations et de dépressions appropriées. Les élévations et dépressions qui effec- tuent le froncement dans le sens longitudinal du ruban de papier, répartissent et fixent simultanément d'une
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façon uniforme la surface du papier froncée dans le sens transversal et longitudinal, de telle façon que, lors du traitement subséquent du ruban de papier, l'accumulation topique de la surface du papier soit conservée.
Pour effectuer cette répartition et ce fixage, le ruban de papier est embouti sur les élévations en forme de coupole d'un cylindre d'une paire de cylindres, et ainsi se forment les fronces qui se dirigent sous forme de rayons dans les dépressions avoisinantes.
La surface du papier, amassée de cette façon aux endroits surélevés, subit un froncement subséquent dans une opération ultérieureo Ceci est effectué, suivant la finesse et la disposition des fronces devant être obtenues, entre une ou plusieurs paires de cylindres à surface lisse ou ciselée en conséquence.
Afin que, lors de cette opération, les élévations de la surface du papier ne soient pas écrasées en arrière par rapport à la direction de marche, l'accumulation de matériel étant alors partiellement anéantie, il est nécessaire que le cylindre qui entre en contact avec la face du ruban de papier la plus empreinte d'élévations, possède vis-à-vis du contre-cylindre une certaine avance de mouvement périphérique, les endroits surélevés de la surface du papier étant entraînés par les cylindres, avant que ceux-ci se trouvent en prise la plus intense.
Le procédé pour la fabrication du papier extensible en tout sens suivant l'invention sera décrit maintenant sur la base du dessin qui représente schématique-
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ment à titre d'exemple une forme d'exécution d'une installa- tion pour la mise en oeuvre du procédé.
La fig. 1 du dessin représente schématiquement en élévation la disposition générale d'une telle installa- tion, la fig. la est une variante d'un détail de la figo 1, la fig. 2 est une vue en plan correspondant à la fig. 1, les fig. 3,4, 5, 6,7 et 8 représentent schématiquement les profils de paires de rouleaux succes- sifs d'un premier groupe qui fronce le ruban de papier transversalement, les fig. 9,9a, 9b, 10 et 11 représentent à titre d'exemples le profil et le mode de prise d'un deuxième groupe de cylindres qui produit les élévations en forme de coupole.
La fig. 12 représente une vue en plan d'une partie de la surface d'un cylindre du deuxième groupe, la figo 13 est une coupe d'après la ligne A-B de la figo 12, la figo 14 est une coupe d'après la ligne C-D de la fig.12, la fig. 15 est une coupe d'après la ligne E-F de la figo 12, la fig. 16 est une coupe d'après la ligne G-H de la fig. 12, la fig. 17 représente une vue d'en haut de la surface du papier munie des élévations en forme de coupole, , et
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la fig. 18 représente schématiquement le papier terminé.
1 désigne un rouleau de papier à partir duquel le ruban de papier 2 est conduit au premier groupe de cylindres 6,7, par l'intermédiaire d'un cylindre de guidage 3, d'un dispositif de moitage 4 et d'un cylin- dre de guidage 5 subséquent. Le premier groupe de cylindres est subdivisé en différents sous-groupes de cylindres 6a, 7a, 6b, 7b et 6c, 7c.
Le premier sous-groupe 6a, 7a qui, dans l'exemple représenté ne se compose que d'une seule paire de cylindres, mais peut également se composer de plusieurs paires de cylindres, a pour but de saisir d'abord le papier à un nombre de points relativement restreint et de le froncer grossièrement dans le sens transversal avec un frottement aussi minime que possible aux endroits de glissement.
La paire de cylindres 6a, 7a et la distance entre cette paire de cylindres et le cylindre de guidage déterminent le degré de froncement, c'est à dire, le quotient entre la diminution de largeur et la longueur du froncement.
Conformément à leur but, les cylindres de la paire 6a, 7a sont munis d'un profil relativement large, au moyen duquel sont produites des ondes d'une longueur relativement considérable, lorsque ces dernières sont considérées dans le sens transversal. La profondeur de saisissement de la paire de cylindres 6a, 7a se règle sur le degré de froncement désiré, qui doit se règler à son tour
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suivant la largeur et la sorte du papier En traitant, des rubans larges, par exemple d'une largeur de 2 mètres il est avantageux de calculer un degré de froncement inférieur à celui d'un ruban de 50cm de largeur par exemple, afin d'éviter des déchirures et des frottements.
Le deuxième sous-groupe de cylindres 6b, 7b a pour but de froncer le papier arrivant avec le degré de froncement qui lui a été imparti, jusqu'à l'accumulation transversale finale désirée du matériel en ondes de distance appropriée.
A cet effet, les cylindres 6b, 7b du deuxième groupe possèdent un profil subdivisé par rapport aux cylindres 6a, 7a du premier groupe, et on laisse toujours davantage décroître la distance entre les élévations des cylindres du deuxième groupe suivant le degré de froncement progressant et la diminution de lar- geur. La profondeur de saisissement du deuxième groupe de cylindres 6b, 7b est accru dans la même proportion.
Le troisième sous-groupe 6c, 7c a pour but de subdiviser encore davantage les ondes produites dans le papier, et de donner au papier, avant son entrée dans les cylindres du deuxième groupe principal, une direction parallèle par compensation des tensions sur les bords.
Dans ce but, le profil de ces cylindres du troisième sous-groupe 6c, 7c est également subdivisé d'une façon
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progressive telle, que chaque paire de cylindres comporte par exemple un nombre d'élévations double de la paire précédente. La configuration des cylindres 6,7 du premier groupe décrite est représentée schématiquement aux fig. 3 à 8.
La fig. 3 représente une forme appropriée du profil de cylindre avec des bourrelets en forme d'anneaux en général. Les paires de cylindres travaillant l'un contre l'autre par paires sont en prise l'un avec l'autre de telle façon qu'une élévation en forme d'anneau d'un cylindre se trouve toujours vis-à-vis d'un évidement de l'autre cylindre.
La fig. 4 représente le profil des cylindres 6a, 7a du premier sous-groupe avec une subdivision relativement grossière.
Les fig. 5 et 6 représentent le profil de la première, respectivement de la dernière paire de cylindres dans le groupe 6b, 7b,
Les fig. 7 et 8 représentent le profil de la première, respectivement de la dernière paire de cylindres dans le sous-groupe 6c, 7c.
Au surplus, pour tenir compte de la sorte de papier travailler et du résultat à obtenir, les espaces des paires de cylindres l'un contre l'autre peuvent être de préférence agencés réglables. Des profils échangeables ou réglables peuvent également être employés. Il est ainsi
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possible de modifier d'une façon extensive les quotients formés par la diminution de'largeur et la longueur du ruban de papier entre ces paires,-.de cylindres, c'est-à-dire le degré de froncement. Chaque paire séparée est de préférence aussi agencée de façon réglable par rapport aux espaces entre eux.
Les profils des cylindres sont avantageusement choisis et placés l'un vis-à-vis de l'autre de façon que le ruban de papier ne vienne si possible en contact qu'avec les endroits périphériques des bourrelets annulaires des deux cylindres où la vitesse circonféren- -belle des deux cylindres est la même; à tous les autres endroits le papier doit être tendu d'une façon aussi libre que possible entre les parties de cylindre touchées.
De cette façon on évite que le papier, par suite de son contact avec des parties de cylindres de vitesses circon- férentielles différentes, soit soumis à des efforts additionnels qui le compromettraient.
Le deuxième groupe principal de l'installation se compose d'une paire de cylindres 8, 9 de dimensions plus massives, ciselés, l'un des cylindres étant muni, sur sa surface, d'élévations en forme de coupole plus ou moins fortement prononcées qui se déroulent sur la surface du contre-cylindre munie de dépressions correspondantes.
Dans cette paire de cylindres, dans laquelle le ruban de papier venant du premier groupe de
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cylindres est introduit de préférence avec une faible inclinaison, par exemple de 10 environ par rapport à la tangente commune des deux cercles de cylindrage, la surface du ruban de papier, qui est refoulée lors de la première opération sous forme d'ondes transversales par rapport au sens de la marche, est transformée de telle façon que maintenant l'accumulation de matériel repose d'une façon fixe sous forme d'élévations en coupole.
Le profil des cylindres 8,9 ainsi que leur prise est représenté à titre d'exemple dans les fig. 9 à 16. Il consiste de préférence en ce que l'un des cylindres est muni d'élévations en forme de coupole, et l'autre de dépressions correspondantes. Les deux cylindres peuvent être exécutés comme cylindres métalliques, cependant le cylindre muni de dépressions peut être de préférence en matériel élastique, comme par exemple de matière comprimée. On peut de préférence fabriquer le contre-cylindre au moyen d'un cylindre ciselé muni d'élévations, en laissant tourner les deux cylindres.
Le cylindre supérieur 8 est muni par exemple d'élévations 10,11 en forme de bille, entre lesquelles se trouvent des dépressions élargies. La forme de ces dépressions est représentée en détail à la fig.12 et dans les représentations en coupe des fig.13 à 16.
Suivant ces figures les dépressions reçoivent la forme
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de calottas sphériques afin que l'accumulation de papier soit effectuée au même degré diagonalement et par conséquent aussi dans toute direction inclinée, comme dans le sens longitudinal et transversal. Cette condition est remplie par la configuration des dépressions représentées aux fig. 13 à 16, par ce qu'ici, la profon- deur des dépressions à partir d'un centre Z situé entre quatre coupoles 13, 14,15, 16 jusqu'à un centre Z' situé entre les coupoles 13 à 16 décroit graduellement et dans une mesure telle, que le rapport de la longueur de la ligne géodésique du profil entre les coupoles 16 à 14 à sa projection est le même que le rapport de la ligne géodésique entre les coupoles 16 et 13.
Dans le cas présent, la condition sus-énoncée est particulièrement importante parceque les coupoles du profil sont décalées l'une par rapport à l'autre sur le cylindre, suivant figo 12.
Ceci à pour conséquence une répartition particulièrement avantageuse de la surface du papier.
Les cylindres sont commandés au moyen de roues de transmission, dont le diamètre du cercle primitif différent aussi essentiellement de la disposition usuelle, ne correspond pas au diamètre moyen du cylindre profilé afférent.
Dans les cylindres d'estampage connus, les surfaces des deux cylindres possèdent une vitesse circon-
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férentielle moyenne identique, c'est à dire que les cercles de cylindrage théoriques pour le movement rotatif des cylindres se trouvent à moitié chemin entre le diamètre maximum et le diamètre minimum de la surface du cylindre ciselée. De cette façon, les élévations de l'un des cylindres s'adaptent aussi exactement que possible dans les dépressions de l'autre cylindre, en tenant compte de l'épaisseur de la matière à estamper.
Un estampage du ruban de matière entre de pareils cylindres est toujours effectué en étendant la structure fibreuse de la matière, donc sans accumulation de matière, mais au contraire avec un amoindrissement de la quantité de matière aux endroits estampés pouvant conduire à la destruction de la structure.
Contrairement à ce qui précède, le diamètre du cercle primitif de la roue de transmission afférent au cylindre muni d'élévations est calculé considérablement plus grand que le diamètre moyen de ce cylindre, tandis que d'autre part, le diamètre du cercle primitif de la roue de transmission afférente au cylindre muni de dépressions est calculé plus petit en conséquence que le diamètre moyen de ce cylindre. Par conséquent, la surface du cylindre muni de dépressions reçoit une avance par rapport à la surface du cylindre muni d'élé- vations. Les dépressions du cylindre 9 sont,soit par un travail mécanique approprié, soit par l'effet naturel de
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la marche contre les coupoles du cylindre 8, élargies dans le sens de la marche dans la mesure de l'avance précitée.
Il en résulte par conséquent une réception et un cylindrage point par point et graduellement constant du ruban de papier au moyen des s.aillies 10,19 en forme de coupole dans les dépressions élargies des contre-cylindres 17, 18.
Le processus est représenté schématiquement aux figo 9a, 9b.
20 représente une surface courbe à laquelle est appliquée une feuille de papier 21, d'abord seulement par son extrémité 22. Sur cette extrémité 22 se trouve une lourde bille librement mobile, que l'on laisse librement rouler en bas la surface 20. Le papier est alors appliqué graduellement, point par point à la surface 20 de la dépression élargie, de la façon représentée à la fig. 9b.
En partant de la fige 9, le processus de cylindrage peut être considéré comme suit:
Le ruban de papier avance entre les cylindres dans la direction de la flèche P, les flèches courbes de la fige 9 montrant la direction de rotation des cylindres. La coupole 19 saisit alors la feuille de papier 21 et l'applique, lors de la rotation subséquente du cylindre, point par point à la surface de la dépression 18, d'une façon analogue au mouvement de
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la bille suivant fig. 9a et 9b. Le contact et l'effort du papier a par conséquent toujours lieu point par point, suivant fig. 10 au point 24, suivant fig. 11 au point 25, etc.
Dans les fig. 9 à 11, T 1 représente le rayon du cercle primitif de la roue de transmission afférents au cylindre d'acier muni d'élévations ; R 1 est le rayon de la périphérie moyenne de ce cylindre; T 2 représente le rayon du cercle primitif de la roue de transmission afférente au cylindre inférieur muni de dépressions; R 2 est le rayon du cercle moyen de ce cylindreo
De ce qui précède ressortent sans autre ces grandeurs des rayons et des diamètres afférents déjà déterminés plus haut. Dans l'exemple représenté au dessin, les diamètres des cylindres sont choisis relative- ment petits, par conséquent la différence de grandeur en- tre le diamètre du cercle primitif et le diamètre de cylindre moyen est relativement minime.
Le degré d'avance de la circonférence moyenne du cylindre inférieur par rapport au cylindre supérieur est de 7% environ, pour l'exemple représenté au dessin.
Comme déjà mentionné, le cylindre inférieur muni de dépressions élargies reçoit, par rapport au cylindre supérieur portant les élévations, un mouvement circonférentiel accéléré, donc une avance. Géométriquement parlant, on peut exprimer la chose en disant que la
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surface totale du cylindre animé du mouvement d'avance différant des dispositions connues jusqu'à présent de cylindres d'estampage, augmente de la mesure de l'avance par rapport à la surface du cylindre animé d'un mouvement de retard. L'avance peut être pratiquement calculée de 3% à 10% environ par exemple.
Les deux cylindres sont de préférence agencés de façon réglable avec précision, aussi bien dans le sens axial que radial, de même que dans la direction de mouvement du ruban de papier.
L'essentiel de cette installation réside dans le fait que la formation des élévations n'est pas effectuée par estampage au détriment d'une extension des fibres, donc sans affaiblir'le matériel à ces endroits, mais au contraire en rétrécissant la surface du papier, donc par une accumulation de papier effectuée aux endroits surélevés et à leurs alentours, accumulation qui possède par exemple la forme de petits plis dirigés en forme de rayons. Grâce à l'accumulation de papier, le papier possède une grande extensibilité en tout sens déjà à l'état empreinté surélevé où il se trouve après la deuxième opération.
Les cylindres 26, 27 du troisième groupe de cylindres ont pour but d'aplatir de nouveau dans une certaine mesure le matériel de forme plastique accentuée provenant du deuxième groupe, en complétant et uniformisant
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la formation des fronces et en donnant au papier une surface de belle apparence.
A cet effet, les cylindres 26,27 peuvent être simplement lisses, ou ce qui est encore mieux, profilés ou ciselés. Ce profil ou ciselure se composant d'éléva- tions et de dépressions peut être configuré de façons très diverses suivant l'emploi spécial auquel le papier est destiné.
Parmi ces cylindres 26, 27, on donne de préfé- rence une avance au cylindre qui est tourné du côté des élévations en relief du ruban de papier, et qui a en premier lieu pour but d'aplanir ces élévations, ou de les mettre en plis ou d'influencer leur forme, d'une autre façon. Les dépressions de ce cylindre animé d'un mouvement d'avance sont avantageusement élargies.
Ici également, la surface totale du cylindre animé d'un mouvement d'avance est augmentée de la mesure de l'avance par rapport à la surface du cylindre animé du mouvement de retard.
Ce groupe decylindres peut également se com- poser de plusieurs paires de cylindres.
Il est encore important que les rapports de vitesses des trois groupes de cylindres puissent s'accorder les uns avec les autres. Ceci a lieu suivant l'invention, soit par le fait que tous les trois groupes de cylindres sont-commandés par une commande unique,
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par exemple un moteur électrique, et que la vitesse des différents groupes et paires de cylindres est réglée mécaniquement entre la source d'énergie et la commande respective de groupe au de cylindre, ou de façon que la com- mande des différents groupes ou sous-groupes soit effectuée par des moteurs électriques spéciaux, dont la vitesse circonférentielle est contrôlée électriquement.
Au lieu d'utiliser les cylindres 26, 27 pour le satinage partiel du papier, comme le montre la fig. la, ce satinage partiel peut être effectué au moyen de deux rubans sans fin 31, 32, qui possèdent la même vitesse que le ruban de papier, et qui passent sur les cylindres 33,34 respectivement 35, 36. L'espace entre les cylindres est choisi de telle sorte que les faces des rubans tournées l'une contre l'autre se rap- prochent graduellement à partir des cylindres 33,35 jusqu'aux cylindres 34, 36. Les rubans peuvent être par exemple en un treillis de fil de fer ou en feutre et peuvent conduire sur des tambours chauffés non représentés pour sécher le ruban de papier. Grâce à ces rubans on peut donner au ruban de papier l'empreinte d'un dessin ou d'un marquage, par exemple le dessin d'un tissu de jute.
La fig. 17 représente l'aspect du papier après avoir quitté le deuxième groupe de cylindres Le papier est ici muni d'élévations 28 des sommets desquelles partent
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des fronces en forme de rayons.
Dans la fig. 18, le papier est représenté après avoir quitté le dernier groupe de cylindres 26, 270 Ici, les élévations sont de nouveau plus ou moins abaissées de façon que, à part les fronces qui se dirigent sous forme de rayons, il se forme encore des fronces annulaires 30. Le nombre, la forme et la disposi- tion des fronces peut bien entendu varier suivant le profil des cylindres et l'emploi auquel est destiné le papier
L'installation décrite peut être constituée de façons variées conformément au but de l'invention.
Tous les trois groupes de cylindres peuvent par exemple être chauffables d'une façon connue. Ceci s'applique notamment au premier groupe de cylindres. Lorsque celui-ci est chauffé, les ondes du papier sont amenées des le début dans une forme relativement résistante, de sorte que le papier arrive au groupe de cylindres suivant sans avoir perdu cette forme.
Les papiers suivant l'invention peuvent être utilisés avec grand succès par exemple pour tous les buts exigeant un effort mécanique considérable du papier à des endroits changeants, comme par exemple pour la fabrication de cornets en papier pour l'emballage, comme succédané des enveloppes en toile ou en toile de voile, des revêtements de paroi, comme couche isolante contre les effets du son,
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de la chauleur et de l'humidité, etc. Des papiers de ce genre se laissent aussi facilement imprégner de la façon connue, par exemple avec des bitumes ou autres moyens, et également munir d'armatures métalliques connues, par exemple au moyen de fils de fer, rubans et analogues.
Revendications :
1. Papier extensible en tout sens dont l'extensibilité repose sur une formation de fronces obtenue au moyen d'un froncement mécanique de la surface du papier transversalement et longitudinalement, papier caractérisé par le fait qu'en de nombreux endroits répartis sur la surface du papier, le matériel du ruban de papier est amassé sous forme de fronces groupées autour du milieu des endroits mentionnés.