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Procédé et appareil de fabrioation de feuilles plastiques.
La présente invention est relative à la fabrication d'une feuille continue en polymère organique à orientation moléculaire et se rapporte plus particulièrement à la fabrication d'une tel- le feuille par chauffage du polymère et son extrusion sous forme de ruban, qui est étiré longitudinalement et transversalement pour former une feuille à orientation moléculaire de la largeur et épaisseur désirées.
@ Il est bien connu que la résistance de certains polymères 'organiques peut être appréciablement augmentée par étirage, de manière à orienter les molécules du polymère dans la ou les di- rections suivant lesquelles l'effort est appliqué, en y captu- rant les efforts d'orientation. Des exemples de ces polymères sont les composés du vinyl et des dérivés tels que le polysty- rène, le chlorure de vinyl et les copolymères de, ou comprenant, ces composés ou dérivés.
Parmi les facteurs de contrôle d'un procédé d'extrusion d'une feuille orientée se trouvent la température à laquelle le polymère est extrudé, la température à laquelle le polymère
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est étiré et l'établissement subséquent dans le polymère d'une température capturant les efforts d'orientation introduits par étirage.
Un brevet U.S.A. antérieur, le No. 2412187, décrit un pro- cédé et un appareil pour la production d'une feuille orientée du type décrit ci-dessus. L'appareil qui y est montré comprend un dispositif d'extrusion et une trémie ou filière pour la produe- tion d'un ruban continu de polymère, un four pour le conditionne- ment du ruban extrudé à une température d'étirage optimum, des moyens servant à étirer le ruban à cette dernière température, des moyens servant à réduire la température de la feuille étirée de manière à capturer et retenir les efforts d'étirage ou d'orien tation dans le ruban après que celui-ci a été libéré des moyens d'étirage,
et des moyens sous forme de cylindres de festonnage sités entre les moyens d'étirage et la trémie pour la réduction ou élimination des efforts d'étirage dans la partie du ruban située entre les cylindres de festonnage et la trémie ou filière d'extrusion. Comme la température d'extrusion optimum pour la plupart des polymères est plus élevée que la température optimum à laquelle les efforts d'étirage doivent s'exercer pour établir une orientation moléculaire, l'inclusion de cylindres de feston- nage, qui limitent les efforts d'étirage à la partie desoendante du ruban et réduisent ou suppriment les efforts d'étirage de la partie ascendante entre la filière et les cylindres de festonnage, permet l'emploi de températures optimum différentes pour l'extru- sion et pour ltétirage,
plutôt que l'application du compromis d'une seule température d'extrusion et d'étirage,
Ainsi que décrit dans le brevet antérieur susdit, les cylin- dres de festonnage sont de préférence actionnés à une vitesse dé- terminée d'avance telle que l'épaisseur du ruban entre la filière et les premiers cylindres ne soit pas appréciablement réduite.
De cette manière, il nty aura pas d'étirage appréciable du ruban entre l'extrémité de la filière et les cylindres. L'actionnement du ruban par les cylindres peut être facilité en contrôlant la
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température des cylindres de telle manière que le ruban adhère un peu aux cylindres. De préférence l'effet de la tempé- rature des cylindres sur le ruban est réglé de telle manière qu'il y ait refroidissement superf iciel du ruban, en laissant plus ou moins de chaleur dans le ruban pour faciliter son re- chauffage à une température inférieure déterminée en vue de l'opération d'étirage.
L'obtention sur le ruban des effets désirés dépend large- ment de l'enveloppement angulaire total du ruban autour des cylindres de festonnage et, dans la pratique, il a été trouvé désirable de pouvoir régler l'importance de cet enveloppement,
En conséquence, l'un des objets de la présente invention est de prévoir un appareil d'extrusion de feuille et d'orienta. tion du type illustré dans le brevet U.S.A. mentionné, ayant un mécanisme de f estonnage à cylindres au moyen duquel on peut régler facilement l'importance de l'enveloppement depuis un mini- mum jusqu'à un maximum, et à toute valeur intermédiaire entre ces limites, sans interrompre le passage des feuilles à travers les cylindres de festonnage et à travers l'appareil de production de feuille dont les cylindres de festonnage font partie.
Un autre objet de l'invention est de prévoir une méthode et un appareil perfectionnés du type indiqué pour la production de feuilles.
Ces objets et avantages de l'invention, et d'autres encore, seront décrits ci-après dans la spécification ou seront apparents des dessins ci-joints. Dans ces dessins :
Fig. 1 est une vue en élévation latérale d'une trémie ou filière et de barres de griffe avec un nouvel assemblage de cylin- dres de f estonnage pour la production de feuilles plastiques à molécules orientés suivant l'invention; l'assemblage de cylindres de f estonnage est montré en section substantiellement comme vu de la ligne I-1 de la fig. 3.
Fig. 2 est une vue plus détaillée, également en élévation latérale et à échelle plus grande de l'assemblage de cylindres
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de festonnage.
Fig. 3 est une vue, en partie sectionnelle, montrant cer- tains traits caractéristiques de construction du montage de l'as- semblage des cylindres de festonnage,
Fig. 4 est une vue seotionnelle le long de la ligne 4-4 de la fig. 3, illustrant l'aotionnement de l'assemblage des cylindres de festonnage.
En se reportant à la fig. 1, l'on verra que les parties prin- cipales de l'appareil qui y est illustré comprennent une trémie ou filière ou matrice d'extrusion D à travers laquelle on peut forcer,par exemple au moyen d'un dispositif d'introduction forcée, un polymère organique chauffé tel que du polystyrène et ltextruder sous la forme d'un ruban plat R ; unassemblage C de cylindres de festonnage comprenant un groupe de quatre cylindres de festonnage, la position de deux de ces cylindres pouvant être réglée de maniè- re à faire varier, entre des limites étendues, ltimportance de l'enveloppement du ruban R, et un mécanisme de serrage et d'étira- ge indiqué en G pour l'étirage du ruban en une feuille à molécules orientées.
La matrice D est montrée plus ou moins schématiquement, et il est bien entendu qu'on pourra utiliser une grande variété de trémies ou filières pour l'extrusion du ruban plastique R.
D'une manière similaire, les griffes G montrées dans la fige l, sont simplement données comme exemple d'un mécanisme d'étirage.
En se reportant plus particulièrement à l'assemblage des cylindres de festonnage C, il y a quatre cylindres actionnés 1, 2, 3 et 4 supportés de manière à pouvoir tourner et parallèles l'un à l'autre dans un châssis approprié. Les cylindres 1 et 4 sont supportés dans des paliers fixes situés de telle manière que le cylindre 1 se trouve adjacent à la filière ou trémie D et en
4 contact aveo le fond du ruban R et le cylindre/se trouve éloigné de la filière ou trémie et en contact avec la partie supérieure du ruban quand ce dernier est étiré en direction horizontale par les griffes ou pinces G depuis la filière ou trémie, Les cylindres 2 et 3 sont situés entre les cylindres 1 et 4 et sur les c6tés
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opposés, au-dessus et en-dessous du ruban R,
les cylindres 3 et 3 ayant des paliers mobiles permettant dtinterchanger les posi- tions des cylindres l'une par rapport à l'autre. Ainsi, comme on peut le voir de l'examen de la fig. l, le cylindre 2 peut être déplacé d'une position au-dessus du cylindre 3 et hors contact aveo le ruban R en contact enveloppant et dans une posi- tion en-dessous du cylindre 3, en festonnant ainsi le ruban,
Pour les détails de l'assemblage de festonnage C, on peut se reporter aux figs. 2 et 3 où cet assemblage est montré ayant un châssis ou élément de base 5 ayant une paire d'éléments laté- raux verticaux parallèles espacés 6 et 7 dans lesquels les cylin- dres 1 et 4 sont montés de manière à pouvoir tourner.
Les élé- ment latéraux 6 et 7 sont également prévus avec des ouvertures circulaires opposées dans lesquelles des ohemins de support 6a et 7a supportent de manière à permettre leur rotation, des élé- ments d'extrémité circulaires 8 et 9 d'un montage servant de support des cylindres 2 et 3. Une paire de fers L 10 et 11 sont soudés ou fixés d'une autre manière à leurs extrémités aux élé- ments circulaires d'extrémité 8 et 9 de telle sorte que le sup- port ainsi formé ressemble quelque peu à une cage d'écureuil.
Chacun des éléments d'extrémité 8 et 9 présente quatre rainures circulaires 12 équidistantes dans lesquelles sont fixés les cy- lindres 13 en contact avec les chemins 6a et 7a.
Les cylindres 2 et 3 sont disposés diamétralement l'un par rapport à l'autre dans les plaques circulaires d'extrémité 8 et 9 du montage de palier et, ainsi qu'il a été décrit ci-dessus, leur rotation et celle du montage de palier sont réglables entre des limites qui dans le mode de réalisation illustré dépassent quelque peu 180 . Dans ce but une roue hélicoïdale 14 ayant une denture 15 découpée sur un peu plus de 1800 de sa périphérie, est fixée au moyen de boulons 15a à la plaque d'extrémité 8.
Une vis sans fin 16 actionnée à la main, est prévue pour orien- ter angulairement le montage et ses cylindres 2 et 3 dans une position désirée endéans les limites permises par les dents 15.
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Un doigt indicateur 17 peut être prévu pour placer faoilement les oylindres 2 et 3 dans les positions requises, et un mécanis- me de verrouillage 18 actionné à la main est également prévu pour fixer la vis sans fin 16 et la roue hélicoïdale 15, et par consé- quent les cylindres 3 et 3 dans la position de réglage requise.
En se reportant maintenant aux détails des cylindres de festonnage 1, 2, 3 et 4, ils se ressemblent dans leur construction et arrangement des parties et,par conséquent la description de l'un deux suffira comme desoription de tous. Plus particulièrement chaque cylindre comprend un arbre interne 19 espacé d'un arbre concentrique extérieur 21 et monté à rotation, par exemple au moyen de ooussinets 20. L'espace angulaire entre les arbres inter- ne et externe 19 et 21 oonstitue un ohenal 22 pour ltécoulement de fluide de refroidissement pouvant y être alimenté par les alé- sages concentriques 23 et les passages communicants 24 disposés radialement aux extrémités des arbres internes 19.
Des anneaux de bourrage appropriés 21 peuvent évidemment être prévus pour réduire la perte de liquide de refroidissement de l'espace situé entre les extrémités des arbres concentriques 19 et 21.
Chacun des arbres externes est lui-même monté à rotation au moyen de coussinets 26 dans les plaques circulaires d'extrémité 8 et 9, des colliers 27 étant prévus pour réduite le jeu d'extré- mité dans les coussinets. Egalement fixés à l'arbre externe 21 de chaque cylindre 1 à 4 inclusivement se trouvent les pignons res- peotifs la, 2a, 3a et 4a qui avec la chaîne 28 forment les moyens servant à lactionnement des cylindres individuels. Ainsi que montré dans les figures 1 à 4, les pignons supplémentaires 29 et 30 sont montrés de manière à pouvoir tourner et espacés dans le sens vertical, sur des saillies 31 et 32 fixées au châssis 7.
Un autre pignon 33 est monté à rotation en alignement avec les autres pignons sur un bras articulé 34, le pignon 33 et le bras 34 four- nàssant un mécanisme de rappel pour la chaîne quand les positions des cylindres 2 et 3 sont déplaoées endéans les limites permises par ltengrenage héliccîdel 15 et vis sans fin 16,
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La chaîne 28 est actionnée par un pignon moteur 35 qui à son tour peut être actionné par un mécanisme d'actionnement à vitesse variable ou autre source d'énergie appropriée (non mon- trée), par exemple au moyen d'une chaîne 36 et pignon 37 monté sur l'arbre moteur 35a.
Lors du fonctionnement de l'appareil décrit oi-dessus, le polymère organique, tel que le polystyrène, dont on doit former une feuille orientée bi-axialement, est chauffé à une température d'extrusion optimum (3700 F) et pendant qu'il est encore libre de tout solvant, il est extrudé d'une manière continue à travers
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la trémie D sous la forme diun ruban R. Celui-ci est porté de , par V , U,4 P1 manière continue/les cylindres 1, Zs 3 et 4 vers les pinces G qui É peuvent étirer le ruban longitudinalement depuis les cylindres$ ainsi que transversalement, de la manière décrite dans le brevet antérieur U.S.A. susdit, Ainsi que décrit dans ce brevet, la température du ruban peut être contrôlée d'une manière déterminée dans un ou plusieurs fours et par des moyens de chauffage appro- priés.
Le ruban extrudé passe d'abord à travers les cylindres dans la position illustrée de manière succincte dans la fig. 1 avec les pinces G portant le ruban vers l'avant plus vite que la vitesse d'extrusion et avec l'allongement conséquent néoessaire du ruban qui a lieu dans la partie chaude du ruban adjacente à la trémie. Comme le ruban est de préférence extrudé à une tempéra- ture de 3700 F ou à température plus élevée que celle-ci, très peu de l'étirage, ou pas du tout, est retenu comme orientation permanente, la température relativement élevée agissant pour re- lâcher l'orientation avant que la température du ruban n'ait été suffisamment abaissée pour que le polymère ait retenu sa mémoire élastique.
Afin de libérer le ruban chaud adjacent à la trémie des forces d'étirage développées par les pinces G, l'assemblage de support pour les cylindres 2 et 3 est tourné au moyen de la vis sans fin 16, le cylindre 2 tournant en sens opposé à celui des aiguilles d'une montre depuis la position du cylindre 3 (fig.l) d'abord en contact avec le ruban R (vue en pointillé) et de là
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vers la position qu'il oocupe dans la fig. 1. En même temps le cylindre 3 se meut dans le sens des aiguilles d'une montre de la position du cylindre 2 dans la position qutil occupe dans la fig. l, en festonnant ainsi le ruban R comme montré en traits pleins.
Il est clair que la valeur de l'enveloppement du ruban R autour de chacun des cylindres 1, 2, 3 et 4 et par conséquent l'effort d'étirage dans la partie de ruban située entre chaque paire adjacente de cylindres et entre le trémie D et le cylindre 1, peut être contrôlée en réglant la disposition angulaire des cylindres 2 et 3. Il est également clair que le réglage peut être effectué sans interrompre l'extrusion oontinue et les opérations d'étirage.
Afin de conserver le contact nécessaire entre les cylindres 1 à 4 inclusivement et le ruban R pour que chaque cylindre exerce une traction à frottement sur le ruban, il peut être néoessaire d'exercer au moins un léger effort d'étirage sur la partie de ru- ban située entre la trémie D et le cylindre 1. Comme résultat de oeoi, un certain étirage du ruban peut avoir lieu entre chaque paire de cylindres adjacents. Il a été trouvé que lorsqu'il existe une tendance vers un étirage inégal ou par sauts, trahi par un glissement périodique plutôt qu'uniforme sur les cylindres, plus particulièrement sur les cylindres 3 et 4, cette tendance pourra être appréoiablement corrigée en accélérant la vitesse des dits cylindres.
Ainsi, par exemple, si les pignons la et 2a sont chacut prévus avec 30 dents, le cylindre 3 pourra être prévu avec vingt neuf dents et le cylindre 4 avec vingt huit. Cela tend à assurer l'uniformité du léger glissement du ruban sur les cylindres et une extension uniforme conséquente ainsi qu'une réduction uniforme correspondante de la largeur du ruban quand celui-ci passe sur les cylindres.
Quand la matière employée est du polystyrène, le cylindre 1 est de préférence refroidi à 60 F par de l'eau de circulation à cette température, et les cylindres restants 2,3 et 4 sont chauf- fés à une température de 150 à 1900 F par de l'eau à cette tem- pératureo
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