<Desc/Clms Page number 1>
Procédé et appareil pour produire une feuille continue, orientée suivant deux axes de polymères organiques*
La présente invention est relative à la production de feuilles continues de polymères organiques orientées sui- vant-deux axes et concerne plus spécialement la fabrication de telles feuilles en chauffant et refoulant de tels poly- mères sous la forme d'un ruban et en étirant le ruban longi- tudinalement et transversalement pour former la feuille orien- tée suivant la largeur et l'épaisseur désirée.
Il est bien connu que la résistance de certaine polymères organiques tels que les polymères synthétiques à longue chaîne ou à chaîne rectiligne peut être notablement augmentée par étirage de façon à orienter les molécules du polymère dans la ou les directions suivant lesquelles l'et-
<Desc/Clms Page number 2>
fort est appliqué. Des exemples de ces polymères sont les composés ou dérivés vinyliques tels que les polystyrolenes, le chlorure de vinyle ou les copolymères de ces composas ou dérivés ou ceux comportant ces composés ou dérivés.
Il a été proposé de former des feuilles orientées suivant deux axes à partir d'un polymère organique en refou- lant un ruban du polymère et en-étirant simultanément le ru- ban dans des directions longitudinale et transversale pour orienter le polymère. Mais l'étirage longitudinal et trans- versal simultané soulève des objections parce que l'effet d'orientation résultant dans une direction dépend de et est limité par l'effet d'orientation dans l'autre direction et ceci peut limiter les effets d'orientation dans les deux di- rections. Ces limitations sont duee au fait que l'étirage lon- gitudinal désiré est empêché par l'engagement des dispositifs d'étirage transversal relativement fixes avec les bords du ruban.
De tels dispositifs'peuvent également refroidir les bords du ruban de façon à s'opposer en outre à l'étirage et à l'orientation longitudinaux.
Il a été également proposé de produire une feuille orientée en laminant une feuille préalablement conformée pendant quelle est dans un état plue ou moins plastique.
Mais le procédé de laminage est très inefficace parce que la polymère s'écoule beaucoup plue dans la partie centrale de la feuille dans une direction longitudinale qu'il ne le tait dans les parties marginales et un très faible écoulement trans- versal peut se produire entre les cylindres. Dans le laminage, le polymère ne peut pas toujours être maintenu aussi mou qu'on le désire parce qu'il adnère ou colle aux cylindres. En général, on peut dire qu'en laminant un polymère organique, pour former une feuille orientée, un contrôle de l'orientation est très diffi-
<Desc/Clms Page number 3>
elle sinon impossible à la fois eu égard à la température et à la viscosité du polymère et à l'application de l'effort.
Le but général de la présente invention est de fournir un nouveau procédé et un nouvelappareil pour la pro- duction continue d'une feuille orientée suivant deux axes. grâce à quoi les objections et les inconvénients des procédés et appareils antérieurs peuvent être surmontés complètement ou en grande partie et une feuille orientée suivant deux axes ayant lorientation longitusinale et transversale désirée et l'épaisseur et la largeur requises peut être produite effi- cacement et à bon marché.
Plus spécifiquement, un but de la présente invention est de fournir un nouveau procédé et un nouvel appareil au moyen desquels un ruban continu de polymère organique est re- foulé et est orienté suivant deux axes en l'étirant d'abord dans une direction seulement et ensuite dans l'autre direction et chaque opération d'étirage est accomplie dans des condi- tions prédéterminées de température et d'application de l'ef- fort de façon que le degré désiré d'orientation dans chaque direction et les effets relatifs désirés d'orientation dans les deux directions soient obtenus dans la feuille terminée.
Ainsi, une feuille peut être produite qui soit de résistance sensiblement égale dans les directions transversa- le et longitudinale et dont cette résistance soit élevée.
Un autre but est de fournir un étirage continu, effi- cace et rapide non habituel d'un ruban de polymère organique et plus spécialement un étirage transversal de ce ruban pour former une feuille relativement large à partir d'un ruban relativement étroit. Ceci est particulièrement avantageux quand, comme dans la forme préférée de la présente Invention, le ruban est d'abord étiré dans une direction longitudinale seulement parce que ceci rend le ruban plus étroit et nécessite
<Desc/Clms Page number 4>
un étirage transversal important d'une manière inhabituelle pour obtenir un degré élevé d'orientation transversale et pour former une feuille relativement large.
Un autre but de l'invention'est'de fournir un nouvel appareil pour étirer d'abord longitudinalement et ensuite transversalement un ruban refoulé de polymère organique dans lequel des moyens prévus pour étirer transversalement un ru- ban servent également pour étirer le ruban longitudinalement.
Un autre but de l'invention est de fournir un nouvel appareil du type ci-dessus comprenant de nouveaux moyens pour saisir et étirer transversalement le polymère organique.
D'autres buts et avantages de l'invention seront in- diqués dans la description suivante ou seront évidents à par- tir de cette description ou des dessins annexés auxquels elle se réfère, ces dessina illustrent une réalisation du nouvel appareil pour mettre en oeuvre le nouveau procédé et dans ces dessins: .La figure 1 est une vue plus ou moins schématique en plan par dessus et à échelle réduite d'un appareil construit suivant l'invention et dans laquelle certaines parties sont ar- rachées ou supprimées pour plus de clarté.
La figure 2 est une vue en élévation coupée verti- calement sous forme plue ou moins schématique de l'appareil représenté à la figure 1 et dans laquelle certaines des par- ties représentées à la figure 1 sont supprimées tandis que d'autres non représentées à la figure 1 sont ajoutées.
La figure 3 est une vue en coupe transversale ver- ticale d'un ruban d'épaisseur non uniforme et des moyens de chauffage des figures 1 et 2 montrant le chauffage d'un tel ruban.
La figure 4 est une vue analogue à celle de la figure
<Desc/Clms Page number 5>
3 montrant le chauffage d'une forme différente de ruban de celle montrée à la figure 3.
La figure 5 est une vue en plan par dessus avec coupe horizontale et à plus grande échelle faite approximativement par la ligne 5-5 de la figure 6 et montrant des cames au moyen desquelles l'étirage transversal du ruban est contrôlé.
La figure 6 est une vue en élévation avec coupe verti- cale et à plus grande échelle faite approximativement par la ligne 6-6 de la figure 2 en regardant dans la direction des flèches.
La figure ? est une vue en plan par dessus à plus grande échelle encore de l'une des pinces de l'appareil repr senté aux figures 1 à 6.
La figure 8 est une vue partiellement en coupe verti- cale et partiellement en élévation latérale du dispositif de pinces montré la figure 7.
.La figure 9 est une vue en coupe transversale verticale faite approximativement par la ligne 9-9 de la figure 8.
Se référant d'abord aux figures 1 et 2, on voit que les principales parties de l'appareil comprennent un dispositif de refoulement S pour chauffer le polymère organique, le distri- buer et le forcer à travers une filière de refoulement D sous la forme d'un ruban plat R, un groupe de cylindres C dont quatre sont représentés et sur lesquels passe le ruban R, un four 0 dans lequel les cylindres u sont montés et dans lequel la partie du ruban indiquée en R1 est étirée longitudinalement comme expli- qué ci-après, le four contenant une plaque chauffante H pour ré- gler la température dans ce four,
un mécanisme de pinçage et d'é- tirage indiqué en général en G et comprenant deux séries sans fin de pinces opposées g pour saisir le ruban à étirer et une paire de cylindres entraîneurs ou tendeurs indiqués en p pour maintenir une tension longitudinale sur le ruban et sur la feuille.
<Desc/Clms Page number 6>
Comme montré à la figure 2, des moyens de chauffage H1 sont prévus dans le four 0 au-dessus de la partie R2 du ru- ban à l'endroit où celui-ci est étiré transversalement et un autre dispositif de chauffage indiqué en H2 est placé dans le four 0 au-dessus du ruban pour chauffer celui-ci avant le dispo- sitif de chauffage H2.
Un troisième moyen de chauffage est prévu en H3 au dessous du ruban légèrement avant le moyen de chauffage H2
Le dispositif de refoulement S peut être de construc- tion connue et, comme représenté, comprendre un cylindre 11 comportant une chemise chauffante 12 dans laquelle circule un milieu chauffant convenable tel que de l'huile pour cnauf- fer le polymère organique dans le dispositif de refoulement à la température désirée. Le dispositif de refoulement contient une vis 13 pour travailler le polymère organique pendant qu'il est chauffé et pour le forcer à travers les conduits indiqués en 14 et 15 dans et à travers la filière D.
Le dispositif de refoulement S est monté sur un support convenable comme montré en 16 et la filière D peut être supportée en partie par sa con- nexion avec le dispositif de refoulement et par un support addi- tionnel représenté en 17 et qui est monté sur le châssis 18.
Les cylindres U comportent des conduits les traver- eant pour la circulation d'un riulae contrôlant la température de préférence un liquide de refroidissement qui s'écoule dans l'un des cylindres par l'intermédiaire l'une tuyauterie 19 et de ce cylindre dans les autres cylindres à travers des conduites en forme d'U 21, 22 et 23, le fluide étant évacué du dernier cylindre par l'intermédiaire d'une tuyauterie 24.
Les cylindres C sont tous entraînés à la vitesse désirée au moyen d'une chai- ne 2 qui engrené avec des roues à chaîne montées sur les cylin- dres et dont l'une est indiquée en 26, la chaîne 25 étant entrai-
<Desc/Clms Page number 7>
née à son tour par une roue à chaîne 27 montée sur l'arbre 28 (figures 2 et 6) qui est entraîne à son tour par une chaîne 29 par l'intermédiaire d'un réducteur à engrenages 31. ce réducteur à engrenages 31 est entraîné par l'intermédiaire d'un variateur de vitesse indiqué en 32 figure 2 qui comprend des poulies à étages, une 33 solidaire du réducteur à engrenages et une 34 montée sur l'arbre 88 entraîné par un moteur 35 comme expliqué ci-après (voir figure 6).
La vitesse à laquelle les cylindres C sont en- traînés peut être modifiée en déplaçant la courroie 32a sur les poulies à étages comme on le comprendra facilement. Tout autre variateur de vitesse approprié peut être utilisé à la place du variateur 32.
Le four 0 entoure le ruban immédiatement à partir de l'endroit où il est refoulé de la filière D Jusque l'en- droit où la feuille peut être exposée à l'atmosphère comme montré par exemple à la figure 2. Le four 0 est prévu non seu- lement pour un contrôle de la température du ruban mais empêche également des courants d'air de venir au contact du ruban qui pourraient refroidir ce ruban et contrarier les opérations d'é- tirage.
Le dispositif de chauffage H peut être de tout type connu et, cornue représenté, il peut être du type à plaque creuse comportant des tuyauteries d'entrée et de sortie 37 et 38 pour l'amenée et l'évacuation d'un fluide de chauffage convenable tel que de l'nuile.
Comme il sera plus complètement expliqué ci-après, le chauffage de la partie R1 du ruban par le dispositif de chauffage 4 peut être modifié transversalement au ruban au moyen du bloc 41 (figures l, 2 et 3) ou de blocs 42 et 43 (figure 4).
Le dispositif de chauffage H peut être du type à ser- pentin comprenant plusieurs serpentins 45 dans lesquels un fluide
<Desc/Clms Page number 8>
de chauffage tel que de l'huile est admis par une tuyauterie 46 et desquels le fluide de chauffage peut être évacué par des van- nes de réglage 47 communiquant avec la tuyauterie d'évacuation 48.
Par un réglage des vannes, une variation de températu- re dans le sens longitudinal peut être maintenue sur la feuille ou la température de la surface de la feuille peut être maintenue uniforme ou à toute température désirée.
Le dispositif de chauffage H2 peut être un dispositif de cnaufrage à résistance électrique de type connu auquel du courant est alimenté par des conducteurs 51. Le dispositif de chauffage H3comme représenté est du type à gaz sous ]la forme d'un brûleur qui, comme indiqué à la figure 1, s'étend transver- salement en-dessous du ruban près de l'extrémité du dispositif de chauffage H.
Considérant maintenant la construction du mécanisme de pinçage et d'étirage G, on voit que des pinces g sont disposées sous forme de deux séries sans fin qui peuvent être, comme représenté, supportées et actionnées par des con- voyeurs de construction identique des deux côtés de l'appareil c'est-à-dire sur les bords opposés du ruban ou feuille. Les pin- ces peuvent également être de construction identique de sorte que la description d'une seule suffira.
Chaque pince,4 constitue une partie du dispositif de pinçage monté sur les convoyeurs respectifs pour un déplacement transversal vers l'extérieur du ruban ou feuille en vue d'effec-- tuer un étirage transversal et d'étendre la feuille et à l'inté- rieur de l'appareil en vue de permettre le pinçage du ruban étroit avant l'étirage transversal. En outre, chaque pince est montée de manière pivotante de façon qu'elle puisse prendre élaastiquement urne position parallèle au bord de la feuille sans tenir compte si le ..bord de,la feuille est parallèle à l'axe de l'appareil ou s'il
<Desc/Clms Page number 9>
forme un angle avec lui.
Comme mieux montré aux figures 7, 8 et 9, chaque pince g comprend une mâchoire supérieure 54 et une mâchoire in- férieure 55. La mâchoire supérieure est montée sur un pivot ver- tical 54a sur un levier 56 articulé sur un axe 5?e La mâchoire inférieure 55 est montée sur un pivot vertical 55a sur une barre 58 fixée, par des vis comme représenté, sur un coulisseau 59 monté sur un guide 61. Le pivot 57 pour le levier 56 est monté dans des organes 62 et 63 prévus sur le coulisseau 59 et qui servent également de guides pour l'extrémité arrière du levier 56.
Les mâchoires 54 et 55 sont rainurées comme indiqué en 64 pour permettre une bonne prise sur le bord du ruban et l'empêcher de sortir d'entre les mâchoires. La mâchoire 64 est maintenue élastiquement perpendiculaire au levier 56 et au guide 61 par un ressort de tension 54b et la mâchoire 55 est maintenue d'une manière analogue dans une telle position par un ressort de tension 55b qui lui est relié comme représenté.
Ces ressorts permettent à la pince g de se régler élas- tiquement pour tout changement de direction du bord de la feuille et plus spécialement de pivoter -d'un certain angle par rapport au guide 61 quand le rouleau est étiré transversalement et à ses bords divergents. Ce pivotement des pinces les empêche de plisser ou de tordre de tout autre manière le ruban, ce qui se produirait si les mâchoires des pinces ne pouvaient tourner horizontalement. on comprendra que les ressorts de tension 54b et 55b servent à ramener la pince dans une position perpendiculaire au guide 61 lorsque l'étirage transversal est terminé et que les bords de la feuille sont parallèles l'un à l'autre et à l'axe de lappa- reil.
Le coulisseau 59, qui supporte la pince , est déplacé vers l'intérieur et vers l'extérieur sur le guide 61 par engage- ment du galet 66 prévu à la partie inférieure du coulisseau avec
<Desc/Clms Page number 10>
des cames qui seront décrites plus loin et qui sont disposées pour déplacer les pinces vers l'intérieur en vue de saisir le ruban et vers l'extérieur pour lui appliquer une tension trans- versale.
La pince est maintenue normalement fermée par un res- sort de compression 67 disposé entre la face supérieure du coulis- seau 59 et 'extrémité externe du levier 56. La pince est ouverte par application d'une pression sur un bouton 68 prévu sur l'ex- trémité externe du levier 56 et au-dessus du ressort 67. Cette pression est appliquée successivement aux pinces, lorsqu'elles sont amenées en position pour saisir le ruban, au moyen d'une came fixe réglable 68a (figure 2), le bouton étant amené en enga- gement avec une extrémité de la came et enfoncé pour ouvrir la pince et ensuite amené hors d'engagement avec la came pour per- mettre à la pince de se fermer sur le bord du ruban.
D'une maniè- re analogue, chaque pince est ouverte pour libérer la feuille au moyen d'une came 68b située près de l'extrémité du mécanisme G figure 2.
Après libération de la feuille, la pince est fermée et reste fermée jusque être ouverte à nouveau par la came 68a.
Le convoyeur pour chaque rangée ou série de pinces g comprend une paire de chaînes, comme mieux montré à la figure 5, dans laquelle les brins inférieurs d'une chaîne intérieure 71 et d'une chaîne extérieure 72 sont représentés. La chaîne 71 est entraînée par une roue à chaîne 73 montée sur un arbre d'entraî- nement 74 et passe sur une roue à chaîne folle 75 montée sur un arbre 76 à l'autre extrémité du mécanisme. D'une manière analogue, la chaîne 72 est entraînée par une roue à chaîne 77 montée sur larbre 74 et passe sur une roue à cnaîne folle 78 montée sur l'arbre 76.
L'arbre 74 des roues à chaîne motrices porte une roue
<Desc/Clms Page number 11>
à chaîne 79 sur l'extrémité intérieure de cet arbre qui en- grène avec et est entraînée par une chaîne 81 à partir d'une roue à chaîne 82 montée sur un arbre 83. L'arbre 83 porte une roue à chaîne principale 84 entraînée par une chaîne 85 à par- tir d'une roue à chaîne 86 (voir figure 2) montée sur un arbre 87 qui est mû à partir de 1'arbre d'entraînement principal 88 au moyen d'un embrayage 89.
Comme montré à la figure 6, l'arbre 88 porte une pou- lie 91 sur laquelle passe'une courroie 92 qui passe également sur une poulie 93 montée sur l'arbre 94 du moteur 35. Le moteur 35 et la poulie 93 sont montés sur un coulisseau 95 réglable par des moyens comprenant le volant à main 96 pour modifier la vites- se à laquelle le moteur entraîne l'arbre 88. Cette variation de vitesse résulte .du changement de la position radiale de la cour- roie 92 sur la poulie 93 qui, bien que cela ne soit pas représen- té sur les dessins, est construite de façon que, lorsque le mo- teurest déplacé vers ou éloigné de l'arbre 88, la courroie 92 se déplace vers l'extérieur ou vers l'intérieur de la poulie.
La construction d'un tel variateur de vitesse est bien connue en soi et n'a pas besoin d'être décrite plus en dé- tailn ni représentée.
L'arbre 83, (figure 5) à partir duquel les chaînes 71 et 72 sont entraînées comme,décrit ci-dessus, entraîne également l'autre paire de chaînes pour l'autre série de pinces dont l'une des chaînes est indiquée en 71a à la figure 5. Dans ce but, l'ar bre 83 est pourvu d'une roue à chaîne supplémentaire 82a et d'une chaîne d'entraînement 81a passant sur une roue à chaîne 79a de l'arbre 74a. Une description plus étendue de cette autre paire de chaînes et de leur entraînement est inutile parce que dans la réalisation représentée ces organes sont les doubles des orga- nes correspondants pour les chaînes 71 et 72.
<Desc/Clms Page number 12>
Les diverses pinces sont reliées aux chaînes telles que les chaînes 71 et 72 par des chaînons à galet 71b et 72b boulonnes respectivement sur les extrémités internes et externes des guides 61 comme montré aux figures 5 et 8. Les chaînons à galets 71b et 72b constituent des parties des chaînes 71 et 72 respectivement, des chaînons complémentaires 71c et 72c (figure 5) étant interposés entre les chaînons à galets des pinces adja- centes.. on comprendra que les arbres des roues à chaînes et les arbres d'entraînement sont convenablement tourillonnés dans le châssis F du mécanisme G.
Le brin supérieur des guides 61 est guidé à ses extré- mités et est ainsi obligé de se déplacer dans un plan horizontal par des guides indiqués en 61a et 61b (figures 1 et 6) et montés sur la partie supérieure de cnâssis F au moyen de supports 61c et 61d. Le brin inférieur des guides 61 coulisse également sur des cornières 61e et 61f montées dans le châssis F au moyen de supports en fer cornière 61g et 16n.
Considérant maintenant les dispositifs à came pour contrôler le déplacement intérieur et extérieur des coulisseaux 59 en vue de produire les déplacements correspondants des pinces g et se référant plus spécialement aux figures l, 5 et 6, on voit que, lorsque les pinces dans le orin inférieur, se dépla- cent vers l'arrière de l'appareil, les galets 66 prévus sur les guides 59 viennent en contact avec la came rectiligne 101 dispo- sée en diagonale (figures 5 et 6). La came 101 est maintenue en position horizontale dans le châssis F par des cornières transver- sales 101a et 101b (figure 5). Une came analogue (non représentée est prévue dans le même but de l'autre côté de l'appareil.
Ainsi, un déplacement initial intérieur est imprimé aux pinces lorsqutel- les atteignent l'extrémité de leur parcours dans le brin inférieur et avant qu'elles aient tourné et passent dans le brin supérieur.
<Desc/Clms Page number 13>
Lorsque les pinces ou ensembles de pinçage se déplacent dans le brin supérieur du convoyeur, les galets 66 de l'une des séries des ensembles de Rinçage viennent successivement en con- tact avec une came 102 montée de manière réglable sur la grille 103. Ceci sert à impartir un autre déplacement intérieur aux gui- des 61 et aux pinces portées par ceux-ci, ce mouvement intérieur étant aidé par une came additionnelle 104 (figure 5) dont le champ extérieur 105 vient en contact avec les galets près de la fin de leur engagement avec la came 102, * La came 104 est conformée de fa- çon à avoir un champ dirigé vers l'extérieur 106 pour provoquer le mouvement initial extérieur des glissières bl et des pinces portées par celles-ci par suite de son action sur les galets 66.
Le mouvement extérieur ultérieur des galets est effectué par une c.ame relativement longue 107 en plusieurs tronçons qui est égale- ment montée sur la grille 103 et qui est réglable sur celle-ci comme il va maintenant être décrit. comme montré aux figures 1 et 6, les cames 102, 104 et 107 sont prévues pour deux séries de chaînes convoyeuses pour l'actionnement des séries respectives de pinces portées par ces chaînes vers l'intérieur et vers l'extérieur du mécanisme G de façon que les mêmes mouvements soient impartis aux pinces oppo- sées et ce dans des directions-opposées.
Les cames 102 et 104 sont fixées au moyen de vis 102a et 104a sur des coulisseaux 102b montés pour être réglables transversalement dans les fentes ou rainures de la grille 103.
Ainsi, les cames 102 et 104 peuvent être réglées vers l'intérieur et vers l'extérieur comme un tout pour modifier le trajet de dépl,- cement des pinces ±, ce réglage étant effectué au moyen d'une vis 102c qui est montée de manière à pouvoir tourner dans un support 102d fixé sur la grille 103 et qui est vissée dans une oreille 102e fixée sur la face inférieure de la came 102.
<Desc/Clms Page number 14>
La came la? comprend les tronçons 107a, 107b, 107c, 107d et 107e, le tronçon 107a étant relié de manière pivotante en 107f à la came 104. Le tronçon 107a est a son tour relié de manière pivotante au tronçon 107b, le tronçon 107b au tron- çon 107c et le tronçon 107c au tronçon 107d. Chacun des tron- çons est pourvu d'une lumière longitudinale comité indiqué'en 107g.
Le réglage de la came 107 en plusieurs tronçons est effectué en partie par le réglage de la came 102 au moyen de la vis 102c et au moyen de vis supplémentaires 108, 108a, 108b, 108c et 108d (figure 5). Les dites vis sont montées sur la face inférieure de la grille 103 par des supports tels qu'Indiquée en 109 et sont reliées aux tronçons de came respectifs par des écrous tels qu'indiqués en 110 dans lesquels sont vissées les vis, cria- que écrou comportant un ergot ou téton 111 qui s'étend extérieure- ment dans la lumière 107g du tronçon de came associé.
A partir de la description précédente des cames 102 et 104 et des cames 107 et de leurs moyens de réglage respec- tifs, on voit que les trajets de déplacement des deux séries de pincez ± peuvent être changés en accord avec les modifications désirées de la largeur de la partie R1 du ruban a l'endroitoù celui-ci est saisi initialement par les pinces et de façon a éti- rer le ruban en feuilles de différentes logeurs. La vitesse de l'étirage transversal peut également être modifiée et est contrô- lée en modifiant la forme de la came 107 en changeant les posi- tions de ses tronçons.
Ainsi, les tronçons 107a et 107b peuvent être dépla- cés vers l'intérieur ou vers l'extérieur au moyen des vis lod et 108a pour changer la forme de cette partie de la came 107 constituée par ces tronçons qui produisent l'étirage transver- sal (voir figure 2). Les tronçons 107c et 107d peuvent être
<Desc/Clms Page number 15>
et sont de préférence réglés suivant une ligne rectiligne paral- lèle à l'axe du mécanisme et du ruban de sorte -que les bords du ruban sont maintenus et peuvent être orientés pour être parallèles l'un à l'autre pendant qu'ils sont maintenus sous tension par les pinces g. Le tronçon 107e est de préférence réglé de façon à être divergent vers l'extérieur par rapport au tronçon 107d d'une quantité suffisante pour dégager les pinces de la feuille après que ces pinces ont libéré celle-ci comme montré à la figure 2.
On comprendra que les deux séries de cames qui con- trôlent le déplacement des deux séries de pinces sont habituel- lement réglées suivant des positions équidistantes de l'axe du mécanisme G et du ruban ou feuille de façon que les trajets des pinces de chaque paire opposée soient disposées de manière analogue et que le ruban soit étiré et conformé symétriquement par rapport à son axe.
Dans le fonctionnement de l'appareil décrit ci-dessus pour la mise en oeuvre du nouveau procédé, le polymère organique à partir duquel une feuille orientée suivant deux axes doit être formée et chauffée dans de bonnes conditions de travail dans le dispositif de refoulement S alors qu'il est dans un état exempt de solvant, refoulé de manière continue à travers la filière D et entraîné de manière continue par les cylindres C et étiré d'a- bord longitudinalement et ensuite transversalement par les pinces g pendant qu'il est maintenu à une ou à des températures prédéter- minées dans le four 0 au moyen des dispositifs de chauffage H et H1 et, si on le désire, des dispositifs de chauffage supplémentai- res H2 et H3.
De préférence, le polymère organique est chauffé dans le dispositif de refoulement S à une température notable- ment plus élevée que celle à laquelle l'étirage est accompli dans le four 0 de façon à le refouler dans un état aussi homogène que possible et à faciliter le refoulement du polymère sous la forme @
<Desc/Clms Page number 16>
d'un ruban. Lorsque le polymère est ainsi chauffa, il est nécassai- re de réduire notablement sa température pour l'étirage et l'o- rientation. En d'autres termes, l'étirage et l'orientation sont accomplis habituellement et conformément à l'invention à une tem- pérature notablement inférieure à celle à laquelle le polymère est chauffé pour le refoulement.
Cette réduction de température peut être effectuée par les cylindres C par circulation d'un fluide réfrigérant dans ces cylindres.
Le ruban refoulé passe autour aes cylindres C et est entraîné par eux à une vitesse prédéterminée obtenue par un ré- glage convenable du variateur de vitesse 32. De préférence, les cylindres C sont entraînas à une vitesse telle que l'épaisseur du ruban R entre la filière et le premier cylindre ne soit pas sen- siblement réduite. L'entraînement du ruban par les cylindres C peut être facilité en contrôlant la température des cylindres de façon que le ruban adhère quelque peu à ceux-ci.
De préférence, l'effet de température des cylindres sur le ruban est réglé de façon à refroidir superficiellement le ruoan, en laissant plus ou moins de chaleur dans le ruban pour aider à le réchauffer à la température prédéterminée ou choisie pour les opérations d'étirage. Le refroidissement et le réchauffage du ruban aident à l'amener à une température en principe uniforme sur toute sa section.
Habituellement, le réchauffage du ruban dans le four 0 est aidé par le dispositif de chauffage H. Le four et le diapo- sitif de chauffage sont suffisamment longs pour permettre l'é- tirage longitudinal et l'allongement du ruban désirés de préfé- rence sans étirage transversal et pour permettre un conditionne- ment thermique prédéterminé du ruban.
Dans ces conditions de fonctionnement, il est très difficile de refouler le ruban à travers la filière D avec une section transversale uniforme. Dans le cas où'cette section trans-
<Desc/Clms Page number 17>
versale n'est pas uniforme, des difficultés apparaissent dans létirage du ruban parce que les parties plus épaisses tendent à S'étirer ou à s'allonger trop rapidement du fait de la quan- tité de chaleur plus grande. On a remarqué que cette difficulté peut être surmontée en grande partie sinon en totalité en réchau fant de manière variable le ruban suivant sa largeur de manière que la ou les parties plus épaisses soient moins chauffées que la ou les parties plus minces.
Ainsi, si le ruban est refoulé dans la forme représentée à la figure 3 qui montre le ruban plus épais au centre que sur les bords, les bords peuvent être chauffés davantage que la partie centrale en plaçant un bloc 41 en bois ou autre matière isolante sur le dispositif de chauffage H directe- ment en-dessous de la partie plus épaisse comme représenté aux figures 1 et 3.
Ceci sert à masquer le chauffage de la partie centrale plus épaisse du ruban. Un ou plusieurs de ces blocs peuvent être pr évus .
D'une manière analogue, si les parties marginales du ruban sont plus épaisses que la partie centrale, comme représenté à la figure 4, des blocs 42 et 43 en bois ou autre matière iso- lante peuvent être placés sur le dispositif de chauffage H pour limiter le chauffage de ces parties marginales.
L'étirage longitudinal de la partie R1 du ruban est effectué par la traction longitudinale sur cette partie exercée par les pinces & comme elles entraînent de manière continue le ruban et la feuille à travers l'appareil. La valeur de italien- gement du ruban est prédéterminée par les vitesses relatives aux- quelles les cylindres C et les pinces g sont entraînés. Ces vitesses relatives peuvent être réglées au moyen du variateur de vitesse à partir du moteur 35 vers les chaînes du convoyeur des pinces c'est- à-dire au moyen du volant 96 (figure 6) et par le variateur de vi-
<Desc/Clms Page number 18>
tasse 32 (figure 2) au moyen duquel les cylindres C sont entrai- nés.
La vitesse linéaire des pinces g est de préférence plusieurs fois plus grande que celle des cylindres C. Par exem- ple, la vitesse linéaire des pinces peut être approximativement quatre fois plus grande que celle des cylindres.
Pendant que quelques-unes des pinces effectuent l'é- tirage longitudinal de la partie R1 du ruban,d'autres pinces étirent transversalement la partie R2 du ruban du fait du dépla- cement extérieur des pinces opposées produit par les cames 107.
On comprendra que la vitesse et l'importance de cet étirage transversal seront prédéterminées par le réglage des cames. La partie R2 du ruban est de préférence maintenue à une température choisie ou prédéterminée la mieux adaptée à l'orientation du polymère organique du ruoan au moyen du dis- positif de chauffage H1 et, si nécessaire ou désirable, au moyen du dispositif de chauffage supplémentaire H2. Celui-ci peut être utilisé pour la production d'une feuille mince inhabituelle par exemple d'une feuille d'épaisseur comprise entre 0,05 et 0,127 millimètre.
Ceci est habituellement nécessaire du fait qu'une feuille excessivement mince refroidit très rapidement lorsqu'elle est étirée et, à moins d'être maintenue à la température désirée, la feuille peut se déchirer durant l'étirage.
Habituellement le dispositif de chauffage H3ne sera pas employé durant le fonctionnement normal, mais il est utilisé pour chauffer le ruban quand l'appareil estmis en route au début de façon à aider l'étirage de ce ruban de manière que les bords puissent être dégagés à l'endroit où lea pinces peuvent les sai- sir.
Lorsque les pinces ont étiré le ruban transversalement à sa largeur finale, celui-ci peut sortir du four dans l'atmosphe
<Desc/Clms Page number 19>
re pour lui permettre de retroifir. La partie du ruban en R3 ou partie de celui-ci est..soumise à ce refroidissement qui se pour- suit pendant que la feuille ou ruban est encore saisie et main- tenue sous tension par les pinces jusqu'à ce que la température du ruban tombe au-dessous de la "température de transition" du polymère organique. La "température de transition" du polymère organique est la température à laquelle les tensions internes peuvent être diminuées, la tension diminue rapidement, une élas- ticité élevée apparaît et un écoulement à froid a lieu.
La tem- pérature de transition du polymère peut être déterminée par le procédé décrit dans Température de transition et dilatation vo- lumétrique des matières plastiques" par Fred E. Wiley paru dans "Industrial and Engineering Chemistry" volume 34, page 1052 de septembre 1942. Si on le désire, un refroidissement forcé peut être utilisé pour abaisser la température du ruban.
Les pinces n'ont pas besoin d'être libérées de la feuille immédiatement après que sa température est tombée au-des- sous de la température de transition du polymère mais elles ne doivent pas être libérées avant ce moment parce que si cela était, un relâchement de l'orientation pourrait se produire.
La figure 1 montre que les pinces ont été libérées de la partis R4 de la feuille et déplacées vers l'extérieur de ses bords de façon que ces pinces puissent être entraînées vers le bas en-dessous de l'appareil sans toucher la feuille.
De préférence, une tension longitudinale est mainte nue sur la feuille et le ruban par les cylindres tendeurs P de façon à supprimer ou empêcher un relâchement longitudinal de l'orientation pendant l'étirage transversal et pendant que le ruban ou feuille est refroidi à ou au-dessous de la tempéra- ture de transition. Dans le cas où ce relâchement se produit, il peut être compensé par un allongement excessif de la partie
<Desc/Clms Page number 20>
R1 du ruban; par exemple par un allongement supérieur à dix pour cent (10 %) et allant jusque vingt pour cent (20 ) en plus de celui requis pour l'orientation longitudinale prédéterminée dans la feuille terminée.
Bien que dans la construction représentée, l'étirage transversal soit effectué seulement par le déplacement transver- sal vers l'extérieur des pinces, l'étirage transversal peut être aidé ou augmenté en disposant les séries de chaînes convoyeuses, qui portent deux séries de pinces, de manière divergente l'une par rapport à l'autre de façon que les extrémités des séries de chaînes soient plus écartées à l'extrémité de sortie de l'appa- rail qu'elles ne le sont à l'autre extrémité de l'appareil.
Le procédé et l'appareil selon l'invention peuvent être utilisés pour produire une feuille orientée suivant deux axes à partir de diveis types de polymères organiques. Spéci- fiquement mais sans s'y limiter, l'invention a pour but la production de telles feuilles à partir de polystyrolènes en partant par exemple de poudra de moulage de polystyrolènes qui aient un poids moléculaire approximativement compris en- tre 30.000 et 200.000 et un poids moléculaire moyen compris entre 70.000 et 100.000.
Des articles produits à partir de polystyrolènes sont ordinairement très brillants mais étant du type de polymère à cnaîne longue et contenant des molécu- les relativement longues, le polymère peut être considérable- ment renforcé par application de tensions directionnelles pour orienter les molécules dans la direction d'application de la tension.
Bien qu'il soit difficile de former un ruban de polystyrolènes de.viscosité uniforme et de l'orienter, ces difficultés sont surmontées en grande partie ou complètement par la présente invention en premier lieu par suite de la ma- nière suivant laquelle le polymère est cnauffé et suivant la température du ruban contrôlée, en deuxième lieu par suite @
<Desc/Clms Page number 21>
de l'accomplissement des étirages longitudinal et transversal en des phases séparées dans des conditions contrôlées d'ap- plication de l'effort et en troisième lieu par les nouveaux moyens pour étirer le ruban au moyen desquels un effort ou tension suffisant peut être appliqué au moment convenable pour obtenir un degré élevé d'orientation dans la feuille ter- minée.
Dans la production de feuille orientée suivant deux axes à partir de polystyrolènes et conformément à la présente invention, la poudre de moulage de polystyrolènes peut être chauffée à une température de 187 C,6 ou à une température plus élevée dans le dispositif de refoulement S, refroidie superficiellement par les cylindres C, par circulation d'eau dans ces cylindres, à 71 C3 environ, étirée longitudinalement pendant qu'elle est maintenue à une température de 1220 C,8 en- viron et étirée transversalement pendant qu'elle est maintenue à une température de 1230 C,9 environ. Il peut y avoir une baisse de température du ruban entre les cylindres C et le point où le ruban est saisi par les pinces g.
Après que le . ruban a été étiré à la largeur finale de la feuille, il est refroidi au-dessous de la température de transition des poly- styrolènes qui est de 82 C,2 pendant que le ruban est maintenu sous tension par les pinces g. Après quoi au moment désiré, les pinces peuvent être dégagées de la feuille.
L'étirage longitudinal peut résulter d'un allongement du ruban de trois à quatre fois l'unité de longueur avant allon- gement, ceci rétrécissant le ruban en largeur d'environ 0,58 à
0,50 fois sa largeur tel qu'il est refoulé de la filière D. D'une manière analogue, l'étirage transversal peut augmenter la largeur de trois à quatre fois celle du ruban refoulé de la filière D, la largeur finale étant à peu près 6 à 8 fois celle du ruban
<Desc/Clms Page number 22>
juste après qu'il a été étiré longitudinalement.
Aux températures choisies d'étirage spécifiées au moyen de l'exemple ci-dessus, an obtient une feuille qui est bien orientée parce que, à ces températures, la vitesse de relâchement d'orientation sous ten- sion est relativement faible et le relâchement total n'est pas notable en un temps d'une minute.
De préférence, les étirages transversal et longitudinal sont conduits de faon que l'orientation et la résistance de la feuille soient égales dans les deux directions indiquées. Toute- fois l'étirage peut être conduit de faon que l'orientation dans une direction soit supérieure à celle dans l'autre direction d'une quantité prédéterminée.
Diverses modifications peuvent être apportées dans le procédé et dans l'appareil ci-dessus décrits sans sortir du cadre de la présente invention.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
<Desc / Clms Page number 1>
Method and apparatus for producing a continuous, two-axis oriented sheet of organic polymers *
The present invention relates to the production of continuous sheets of organic polymers oriented along two axes and more especially relates to the manufacture of such sheets by heating and upsetting such polymers in the form of a ribbon and by stretching the film. tape lengthwise and transversely to form the oriented sheet to the desired width and thickness.
It is well known that the strength of some organic polymers such as long chain or straight chain synthetic polymers can be significantly increased by stretching so as to orient the molecules of the polymer in the direction or directions in which the and
<Desc / Clms Page number 2>
strong is applied. Examples of these polymers are vinyl compounds or derivatives such as polystyrolenes, vinyl chloride or copolymers of these compounds or derivatives or those comprising these compounds or derivatives.
It has been proposed to form two-axis oriented sheets from an organic polymer by upsetting a tape of the polymer and simultaneously stretching the tape in longitudinal and transverse directions to orient the polymer. But simultaneous longitudinal and transverse stretching raises objections because the orientation effect resulting in one direction depends on and is limited by the orientation effect in the other direction and this can limit the effects of orientation in both directions. These limitations are due to the fact that the desired longitudinal stretching is prevented by the engagement of the relatively fixed transverse stretchers with the edges of the tape.
Such devices can also cool the edges of the tape so as to further oppose longitudinal stretching and orientation.
It has also been proposed to produce an oriented sheet by laminating a previously shaped sheet while in a better or less plastic state.
But the rolling process is very inefficient because the polymer flows much more in the central part of the sheet in a longitudinal direction than it does in the marginal parts and very little cross flow can occur between. the cylinders. In rolling, the polymer cannot always be kept as soft as desired because it will adhere or stick to the rolls. In general, it can be said that by rolling an organic polymer to form an oriented sheet, orientation control is very difficult.
<Desc / Clms Page number 3>
otherwise impossible both with regard to the temperature and viscosity of the polymer and to the application of force.
The general object of the present invention is to provide a new process and apparatus for the continuous production of a two-axis oriented sheet. whereby the objections and drawbacks of the prior methods and apparatus can be completely or largely overcome and a two-axis oriented sheet having the desired longitudinal and transverse orientation and the required thickness and width can be efficiently and effectively produced. cheap.
More specifically, an object of the present invention is to provide a novel method and apparatus by means of which a continuous ribbon of organic polymer is rewound and oriented in two axes by first stretching it in one direction only and then in the other direction and each stretching operation is performed under predetermined conditions of temperature and force application so that the desired degree of orientation in each direction and the desired relative effects of orientation in both directions is obtained in the finished sheet.
Thus, a sheet can be produced which is of substantially equal strength in the transverse and longitudinal directions and of which this strength is high.
Another object is to provide an unusual, efficient and rapid continuous stretching of an organic polymer tape and more especially a transverse stretching of this tape to form a relatively wide sheet from a relatively narrow tape. This is particularly advantageous when, as in the preferred form of the present invention, the tape is first stretched in a longitudinal direction only because this makes the tape narrower and requires
<Desc / Clms Page number 4>
heavy transverse stretching in an unusual manner to achieve a high degree of transverse orientation and to form a relatively wide sheet.
Another object of the invention is to provide a novel apparatus for stretching first longitudinally and then transversely an upset tape of organic polymer in which means provided for transversely stretching a tape also serve to stretch the tape longitudinally.
Another object of the invention is to provide a new apparatus of the above type comprising new means for gripping and transversely stretching the organic polymer.
Other objects and advantages of the invention will be indicated in the following description or will be obvious from this description or the accompanying drawings to which it refers, these drawings illustrate an embodiment of the new apparatus for implementing the invention. new method and in these drawings:. Figure 1 is a more or less schematic plan view from above and on a reduced scale of an apparatus constructed according to the invention and in which certain parts are cut away or omitted for greater clarity. .
Figure 2 is a vertically cut elevational view in more or less schematic form of the apparatus shown in Figure 1 and in which some of the parts shown in Figure 1 are deleted while others not shown in Figure 1. Figure 1 are added.
Figure 3 is a vertical cross-sectional view of a tape of non-uniform thickness and the heating means of Figures 1 and 2 showing the heating of such a tape.
Figure 4 is a view similar to that of Figure
<Desc / Clms Page number 5>
3 showing the heating of a different form of ribbon from that shown in Figure 3.
Figure 5 is a top plan view in horizontal section and on a larger scale taken approximately through line 5-5 of Figure 6 and showing cams by means of which the transverse stretch of the tape is controlled.
Figure 6 is an elevational view in vertical section and on a larger scale taken approximately through the line 6-6 of Figure 2 looking in the direction of the arrows.
The figure ? is a plan view from above on a still larger scale of one of the clamps of the apparatus shown in Figures 1 to 6.
Figure 8 is a view partially in vertical section and partially in side elevation of the gripper device shown in Figure 7.
Figure 9 is a vertical cross-sectional view taken approximately through line 9-9 of Figure 8.
Referring first to Figures 1 and 2, it is seen that the main parts of the apparatus include a discharge device S for heating the organic polymer, distributing it and forcing it through a discharge die D in the form of a flat ribbon R, a group of rolls C four of which are shown and over which the ribbon R passes, an oven 0 in which the rolls u are mounted and in which the part of the ribbon indicated at R1 is stretched longitudinally as explained as below, the oven containing a heating plate H for regulating the temperature in this oven,
a clamping and pulling mechanism generally indicated at G and comprising two endless series of opposing grippers g for gripping the tape to be drawn and a pair of drive or tension rollers indicated at p for maintaining longitudinal tension on the tape and on the sheet.
<Desc / Clms Page number 6>
As shown in figure 2, heating means H1 are provided in the oven 0 above the part R2 of the strip where it is stretched transversely and another heating device indicated in H2 is placed in the oven 0 above the tape to heat the latter before the heater H2.
A third heating means is provided at H3 below the tape slightly before the heating means H2
The discharge device S may be of known construction and, as shown, comprise a cylinder 11 having a heating jacket 12 in which circulates a suitable heating medium such as oil to flow the organic polymer into the device. discharge at the desired temperature. The discharge device contains a screw 13 to work the organic polymer as it is heated and to force it through the conduits indicated at 14 and 15 into and through the die D.
The discharge device S is mounted on a suitable support as shown at 16 and the die D may be supported in part by its connection with the discharge device and by an additional support shown at 17 and which is mounted on the. chassis 18.
The cylinders U have ducts passing through them for the circulation of a riulae controlling the temperature, preferably a cooling liquid which flows in one of the cylinders via the pipe 19 and from this cylinder into the other cylinders through U-shaped pipes 21, 22 and 23, the fluid being discharged from the last cylinder through a pipe 24.
The cylinders C are all driven at the desired speed by means of a chain 2 which meshes with chain wheels mounted on the cylinders and one of which is indicated at 26, chain 25 being engaged.
<Desc / Clms Page number 7>
born in turn by a chain wheel 27 mounted on the shaft 28 (Figures 2 and 6) which is in turn driven by a chain 29 via a gear reducer 31. this gear reducer 31 is driven by means of a speed variator indicated in 32 in FIG. 2 which comprises stepped pulleys, a 33 integral with the gear reducer and a 34 mounted on the shaft 88 driven by a motor 35 as explained below ( see figure 6).
The speed at which the cylinders C are driven can be varied by moving the belt 32a over the stepped pulleys as will be readily understood. Any other suitable variable speed drive can be used instead of drive 32.
The oven 0 surrounds the strip immediately from the point where it is forced out of the die D to the place where the sheet can be exposed to the atmosphere as shown for example in figure 2. The oven 0 is provided not only for controlling the temperature of the ribbon but also prevents air currents from coming into contact with the ribbon which could cool this ribbon and thwart the drawing operations.
The heating device H can be of any known type and, retort shown, it can be of the hollow plate type comprising inlet and outlet pipes 37 and 38 for the supply and discharge of a heating fluid. suitable such as oil.
As will be more fully explained below, the heating of the part R1 of the ribbon by the heating device 4 can be modified transversely to the ribbon by means of the block 41 (figures 1, 2 and 3) or of blocks 42 and 43 ( figure 4).
The heater H may be of the serpentine type comprising a plurality of coils 45 in which a fluid
<Desc / Clms Page number 8>
such as oil is admitted through a pipe 46 and from which the heating fluid can be discharged by control valves 47 communicating with the discharge pipe 48.
By adjusting the valves, a longitudinal temperature variation can be maintained on the sheet or the surface temperature of the sheet can be maintained uniform or at any desired temperature.
The heater H2 may be an electrical resistance sinking device of known type to which current is supplied by conductors 51. The heater H3 as shown is of the gas type in the form of a burner which, as shown. in Figure 1, extends transversely below the tape near the end of the heater H.
Considering now the construction of the clamping and stretching mechanism G, it is seen that grippers g are arranged in the form of two endless series which can be, as shown, supported and actuated by conveyors of identical construction on both sides. of the apparatus i.e. on the opposite edges of the tape or sheet. The clips can also be of identical construction so that the description of only one will suffice.
Each clamp, 4 constitutes a part of the clamping device mounted on the respective conveyors for transverse outward movement of the strip or sheet with a view to effecting transverse stretching and extending the sheet and inside. - laughter of the apparatus in order to allow the clamping of the narrow tape before transverse stretching. In addition, each gripper is pivotally mounted so that it can elaastically take a position parallel to the edge of the sheet regardless of whether the edge of the sheet is parallel to the axis of the device or s 'he
<Desc / Clms Page number 9>
forms an angle with it.
As best shown in Figures 7, 8 and 9, each clamp g comprises an upper jaw 54 and a lower jaw 55. The upper jaw is mounted on a vertical pivot 54a on a lever 56 articulated on an axis 5? E. The lower jaw 55 is mounted on a vertical pivot 55a on a bar 58 fixed, by screws as shown, on a slide 59 mounted on a guide 61. The pivot 57 for the lever 56 is mounted in members 62 and 63 provided on the slide 59 and which also serve as guides for the rear end of the lever 56.
The jaws 54 and 55 are grooved as indicated at 64 to allow a good grip on the edge of the tape and prevent it from coming out of between the jaws. Jaw 64 is held resiliently perpendicular to lever 56 and guide 61 by a tension spring 54b and jaw 55 is similarly held in such a position by a tension spring 55b connected to it as shown.
These springs allow the gripper g to be resiliently adjusted for any change in direction of the edge of the sheet and more especially to pivot at an angle to the guide 61 when the roll is stretched transversely and at its divergent edges. . This pivoting of the grippers prevents them from puckering or otherwise twisting the tape, which would occur if the gripper jaws could not rotate horizontally. it will be understood that the tension springs 54b and 55b serve to return the gripper to a position perpendicular to the guide 61 when the transverse stretching is completed and the edges of the sheet are parallel to each other and to the axis of the camera.
The slide 59, which supports the clamp, is moved inwards and outwards on the guide 61 by engaging the roller 66 provided at the lower part of the slide with
<Desc / Clms Page number 10>
cams which will be described later and which are arranged to move the clamps inward to grip the tape and outwardly to apply transverse tension thereto.
The clamp is held normally closed by a compression spring 67 disposed between the upper face of the slide 59 and the outer end of the lever 56. The clamp is opened by applying pressure to a button 68 provided on the handle. the outer end of the lever 56 and above the spring 67. This pressure is applied successively to the clamps, when they are brought into position to grip the tape, by means of an adjustable fixed cam 68a (figure 2), the button being brought into engagement with one end of the cam and depressed to open the clamp and then brought out of engagement with the cam to allow the clamp to close over the edge of the tape.
In a similar manner, each clamp is opened to release the sheet by means of a cam 68b located near the end of the mechanism G figure 2.
After releasing the sheet, the clamp is closed and remains closed until it is opened again by the cam 68a.
The conveyor for each row or series of grippers g comprises a pair of chains, as best shown in Figure 5, in which the lower strands of an inner chain 71 and an outer chain 72 are shown. The chain 71 is driven by a chain wheel 73 mounted on a drive shaft 74 and passes over an idler chain wheel 75 mounted on a shaft 76 at the other end of the mechanism. Similarly, the chain 72 is driven by a chain wheel 77 mounted on the shaft 74 and passes over an idler chain wheel 78 mounted on the shaft 76.
The drive chain wheel shaft 74 carries a wheel
<Desc / Clms Page number 11>
chain 79 on the inner end of this shaft which meshes with and is driven by a chain 81 from a chain wheel 82 mounted on a shaft 83. The shaft 83 carries a driven main chain wheel 84. by a chain 85 from a chain wheel 86 (see Fig. 2) mounted on a shaft 87 which is moved from the main drive shaft 88 by means of a clutch 89.
As shown in FIG. 6, the shaft 88 carries a pulley 91 over which a belt 92 passes which also passes over a pulley 93 mounted on the shaft 94 of the motor 35. The motor 35 and the pulley 93 are mounted. on a slider 95 adjustable by means including handwheel 96 to change the speed at which the motor drives shaft 88. This speed variation results from changing the radial position of belt 92 on the shaft 88. pulley 93 which, although not shown in the drawings, is constructed so that when the motor is moved to or away from the shaft 88, the belt 92 moves outward or outward. inside the pulley.
The construction of such a variable speed drive is well known per se and does not need to be further described or shown.
The shaft 83, (figure 5) from which the chains 71 and 72 are driven as, described above, also drives the other pair of chains for the other series of grippers, one of the chains of which is indicated in 71a in FIG. 5. For this purpose, the shaft 83 is provided with an additional chain wheel 82a and a drive chain 81a passing over a chain wheel 79a of the shaft 74a. A more extensive description of this other pair of chains and their drive is unnecessary because in the embodiment shown these members are duplicates of the corresponding members for the chains 71 and 72.
<Desc / Clms Page number 12>
The various grippers are connected to chains such as chains 71 and 72 by roller links 71b and 72b bolted respectively to the inner and outer ends of guides 61 as shown in Figures 5 and 8. The roller links 71b and 72b constitute parts of chains 71 and 72 respectively, complementary links 71c and 72c (figure 5) being interposed between the roller links of the adjacent grippers. it will be understood that the shafts of the chain wheels and the drive shafts are suitably journaled in frame F of mechanism G.
The upper strand of the guides 61 is guided at its ends and is thus forced to move in a horizontal plane by guides indicated at 61a and 61b (figures 1 and 6) and mounted on the upper part of the frame F by means of supports 61c and 61d. The lower strand of guides 61 also slides on angles 61e and 61f mounted in the frame F by means of angle iron supports 61g and 16n.
Considering now the cam devices for controlling the internal and external displacement of the sliders 59 with a view to producing the corresponding displacements of the clamps g and with particular reference to Figures 1, 5 and 6, it is seen that, when the clamps in the lower rope , move towards the rear of the apparatus, the rollers 66 provided on the guides 59 come into contact with the rectilinear cam 101 arranged diagonally (FIGS. 5 and 6). The cam 101 is held in a horizontal position in the frame F by transverse angles 101a and 101b (FIG. 5). A similar cam (not shown is provided for the same purpose on the other side of the apparatus.
Thus, an initial internal displacement is imparted to the grippers when they reach the end of their travel in the lower strand and before they have rotated and pass into the upper strand.
<Desc / Clms Page number 13>
As the grippers or nip assemblies move in the upper run of the conveyor, the rollers 66 of one of the series of Flush assemblies successively come into contact with a cam 102 adjustably mounted on the grid 103. This serves imparting another internal movement to the guides 61 and to the grippers carried by them, this internal movement being aided by an additional cam 104 (FIG. 5) whose external field 105 comes into contact with the rollers near the end of their engagement with the cam 102, * The cam 104 is shaped so as to have a field directed towards the outside 106 to cause the initial external movement of the slides b1 and of the clamps carried by them as a result of its action on the rollers 66.
The subsequent outward movement of the rollers is effected by a relatively long multi-section blade 107 which is also mounted on the grid 103 and which is adjustable thereon as will now be described. as shown in Figures 1 and 6, the cams 102, 104 and 107 are provided for two series of conveyor chains for the actuation of the respective series of grippers carried by these chains towards the interior and exterior of the mechanism G so that the same movements be imparted to the opposing grippers and in opposite directions.
The cams 102 and 104 are fixed by means of screws 102a and 104a on sliders 102b mounted to be transversely adjustable in the slots or grooves of the grid 103.
Thus, the cams 102 and 104 can be adjusted inward and outward as a whole to modify the travel path of the clamps ±, this adjustment being effected by means of a screw 102c which is mounted from so as to be able to rotate in a support 102d fixed on the grid 103 and which is screwed into a lug 102e fixed on the underside of the cam 102.
<Desc / Clms Page number 14>
The cam there? comprises sections 107a, 107b, 107c, 107d and 107e, section 107a being pivotally connected 107f to cam 104. Section 107a is in turn pivotally connected to section 107b, section 107b to section 107c and section 107c to section 107d. Each of the sections is provided with a longitudinal panel lumen indicated in 107g.
The adjustment of the cam 107 in several sections is effected in part by the adjustment of the cam 102 by means of the screw 102c and by means of additional screws 108, 108a, 108b, 108c and 108d (FIG. 5). Said screws are mounted on the underside of the grid 103 by supports as indicated at 109 and are connected to the respective cam sections by nuts as indicated at 110 in which the screws are screwed, cria- that nut comprising a lug or stud 111 which extends outwardly into the slot 107g of the associated cam section.
From the previous description of the cams 102 and 104 and of the cams 107 and their respective adjusting means, it is seen that the travel paths of the two series of pinch ± can be changed according to the desired modifications of the width. of the part R1 of the tape where it is initially grasped by the clamps and so as to stretch the tape into sheets of different accommodators. The speed of the transverse stretching can also be changed and is controlled by changing the shape of the cam 107 by changing the positions of its sections.
Thus, the sections 107a and 107b can be moved inwards or outwards by means of the screws lod and 108a to change the shape of this part of the cam 107 constituted by these sections which produce the transverse stretching. sal (see figure 2). Sections 107c and 107d can be
<Desc / Clms Page number 15>
and are preferably set in a straight line parallel to the axis of the mechanism and of the tape so that the edges of the tape are held and can be oriented to be parallel to each other while they are being held. held under tension by the clamps g. Section 107e is preferably set so as to diverge outwardly from section 107d by an amount sufficient to disengage the grippers from the sheet after those grippers have released the sheet as shown in Figure 2.
It will be understood that the two series of cams which control the movement of the two series of grippers are usually adjusted in positions equidistant from the axis of the mechanism G and from the tape or sheet so that the paths of the grippers of each pair opposite are arranged in a similar manner and that the tape is stretched and shaped symmetrically with respect to its axis.
In the operation of the apparatus described above for carrying out the new process, the organic polymer from which a sheet oriented along two axes must be formed and heated under good working conditions in the delivery device S then that it is in a solvent-free state, continuously forced through the die D and continuously driven by the rolls C and drawn first longitudinally and then transversely by the grippers g while it is held at one or more predetermined temperatures in oven 0 by means of heaters H and H1 and, if desired, additional heaters H2 and H3.
Preferably, the organic polymer is heated in the discharge device S to a temperature significantly higher than that at which the drawing is carried out in the furnace 0 so as to discharge it in as homogeneous a state as possible and to facilitate the discharge of the polymer in the form @
<Desc / Clms Page number 16>
of a ribbon. When the polymer is thus heated, it is necessary to reduce its temperature significantly for stretching and orientation. In other words, stretching and orientation are performed usually and in accordance with the invention at a temperature significantly lower than that at which the polymer is heated for upsetting.
This temperature reduction can be effected by the cylinders C by circulating a refrigerant fluid in these cylinders.
The upsetting tape passes around the rolls C and is driven by them at a predetermined speed obtained by suitable adjustment of the variable speed drive 32. Preferably, the rolls C are driven at a speed such that the thickness of the tape R between. the die and the first cylinder are not significantly reduced. The driving of the tape by the rolls C can be facilitated by controlling the temperature of the rolls so that the tape adheres somewhat thereto.
Preferably, the temperature effect of the rolls on the tape is adjusted so as to superficially cool the tape, leaving more or less heat in the tape to help warm it to the predetermined or chosen temperature for the stretching operations. . Cooling and reheating the tape helps to bring it to a temperature that is in principle uniform over its entire section.
Usually, the reheating of the tape in oven 0 is aided by heater H. The oven and heating slide are long enough to allow the preferred longitudinal pulling and elongation of the tape. without transverse stretching and to allow a predetermined thermal conditioning of the tape.
Under these operating conditions, it is very difficult to push the tape through the die D with a uniform cross section. In the event that this section trans-
<Desc / Clms Page number 17>
versal is not uniform, difficulties arise in stretching the tape because the thicker portions tend to stretch or stretch too quickly due to the greater amount of heat. It has been observed that this difficulty can be overcome to a large extent if not entirely by variably heating the ribbon along its width so that the thicker part or parts are heated less than the thinner part or parts.
Thus, if the tape is upset into the shape shown in Figure 3 which shows the tape thicker in the center than at the edges, the edges can be heated more than the central part by placing a block 41 of wood or other insulating material over it. the heater H directly below the thicker part as shown in Figures 1 and 3.
This serves to mask the heating of the thicker central part of the tape. One or more of these blocks can be provided.
Similarly, if the marginal portions of the tape are thicker than the central portion, as shown in Figure 4, blocks 42 and 43 of wood or other insulating material may be placed on the heater H to limit the heating of these marginal parts.
The longitudinal stretching of the part R1 of the tape is effected by the longitudinal traction on this part exerted by the clamps & as they continuously drive the tape and the sheet through the apparatus. The amount of banding of the tape is predetermined by the relative speeds at which the rolls C and the grippers g are driven. These relative speeds can be adjusted by means of the speed variator from the motor 35 towards the chains of the clamp conveyor, that is to say by means of the handwheel 96 (figure 6) and by the speed variator.
<Desc / Clms Page number 18>
cup 32 (figure 2) by means of which the cylinders C are driven.
The linear speed of the grippers g is preferably several times that of the cylinders C. For example, the linear speed of the grippers can be approximately four times that of the rolls.
While some of the clamps perform the longitudinal pulling of the R1 portion of the tape, other clamps transversely stretch the R2 portion of the tape due to the outward movement of the opposing clamps produced by the cams 107.
It will be understood that the speed and extent of this transverse stretching will be predetermined by the adjustment of the cams. The R2 part of the tape is preferably maintained at a selected or predetermined temperature best suited to the orientation of the organic polymer of the ruoan by means of the heater H1 and, if necessary or desirable, by means of the additional heater. H2. This can be used for the production of an unusual thin sheet, for example a sheet of thickness between 0.05 and 0.127 millimeters.
This is usually necessary because an excessively thin sheet cools very quickly when stretched and, unless maintained at the desired temperature, the sheet may tear during stretching.
Usually the H3 heater will not be employed during normal operation, but it is used to heat the tape when the apparatus is started at the beginning so as to aid the stretching of this tape so that the edges can be released. the place where the pliers can grab them.
When the pliers have stretched the tape transversely to its final width, it can come out of the oven into the atmosphere
<Desc / Clms Page number 19>
re to allow it to retroifir. The part of the ribbon in R3 or part thereof is ... subjected to this cooling which continues while the sheet or ribbon is still gripped and held under tension by the grippers until the temperature of the ribbon drops below the organic polymer's "transition temperature". The "transition temperature" of the organic polymer is the temperature at which internal stresses can be decreased, the tension decreases rapidly, high elasticity occurs and cold flow occurs.
The polymer transition temperature can be determined by the method described in Transition Temperature and Volumetric Expansion of Plastics "by Fred E. Wiley in" Industrial and Engineering Chemistry "volume 34, page 1052 of September 1942. If desired, forced cooling can be used to lower the temperature of the ribbon.
The clamps do not need to be released from the sheet immediately after its temperature has fallen below the polymer transition temperature but they should not be released until then because if it was, a Loosening of the orientation could occur.
Figure 1 shows that the grippers have been released from part R4 of the sheet and moved outward from its edges so that these grippers can be drawn down below the apparatus without touching the sheet.
Preferably, longitudinal tension is maintained on the sheet and tape by the tension rolls P so as to suppress or prevent longitudinal slack in orientation during transverse stretching and while the tape or sheet is cooled at or on. -below the transition temperature. In the event that this loosening occurs, it can be compensated by an excessive lengthening of the part
<Desc / Clms Page number 20>
R1 of the ribbon; for example by an elongation greater than ten percent (10%) and up to twenty percent (20) over that required for the predetermined longitudinal orientation in the finished sheet.
Although in the construction shown the transverse stretching is effected only by the transverse outward displacement of the grippers, the transverse stretching can be aided or increased by arranging the series of conveyor chains, which carry two series of grippers. divergent from each other so that the ends of the series of chains are more apart at the outlet end of the apparatus than they are at the other end of the 'apparatus.
The method and apparatus according to the invention can be used to produce a two-axis oriented sheet from various types of organic polymers. Specifically, but not limited to, the invention is directed to the production of such sheets from polystyrenes starting, for example, from polystyrene molding powder which have a molecular weight of approximately between 30,000 and 200,000 and a. average molecular weight between 70,000 and 100,000.
Articles produced from polystyrenes are ordinarily very shiny, but being of the long-chain polymer type and containing relatively long molecules, the polymer can be considerably strengthened by application of directional tensions to orient the molecules in the direction of. application of voltage.
Although it is difficult to form a polystyrene ribbon of uniform viscosity and to orient it, these difficulties are largely or completely overcome by the present invention primarily because of the manner in which the polymer is. cnauffé and according to the temperature of the tape controlled, secondly after @
<Desc / Clms Page number 21>
the accomplishment of the longitudinal and transverse stretching in separate phases under controlled conditions of application of the force and thirdly by the new means for stretching the tape by means of which a sufficient force or tension can be applied to the suitable time to achieve a high degree of orientation in the finished sheet.
In the production of two-axis oriented sheet from polystyrene and according to the present invention, the polystyrene molding powder can be heated to a temperature of 187 C, 6 or higher in the discharge device S, superficially cooled by the cylinders C, by circulating water in these cylinders, to about 71 C3, stretched longitudinally while it is held at a temperature of about 1220 C, 8 and stretched transversely while it is held at a temperature of 1230 C, 9 approximately. There may be a drop in tape temperature between rollers C and the point where the tape is gripped by clamps g.
After the. tape has been stretched to the final width of the sheet, it is cooled below the polystyrene transition temperature which is 82 ° C, 2 while the tape is held under tension by the clamps g. After which at the desired time, the clamps can be released from the sheet.
Longitudinal stretching can result from stretching the tape three to four times the unit length before stretching, this narrowing the tape in width from about 0.58 to.
0.50 times its width as it is upset from die D. Similarly, the transverse stretching can increase the width by three to four times that of the tape upset from die D, the final width being at about 6 to 8 times that of the ribbon
<Desc / Clms Page number 22>
right after it has been stretched lengthwise.
At the selected stretching temperatures specified by means of the above example, a sheet is obtained which is well oriented because at these temperatures the rate of tension orientation release is relatively low and total release is achieved. is not noticeable within a minute.
Preferably, the transverse and longitudinal stretching are carried out so that the orientation and strength of the sheet are equal in the two directions indicated. However the stretching can be conducted such that the orientation in one direction is greater than that in the other direction by a predetermined amount.
Various modifications can be made in the method and in the apparatus described above without departing from the scope of the present invention.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.