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La présente invention se rapporte à des pellicules orien- tables, en matière thermoplastique organique.
Il est bien connu que l'on peut améliorer les propriétés physiques des pellicules orientables en matières organiques thermo- plastiques, en particulier leur résistance à la traction, en les étirant pour leur donner une orientation, et que l'on peut rendre ces pellicules étirées irrétrécissables en les amenant à se cristal- liser après étirage, généralement en les chauffant à une températu- re de loin supérieure à celle à laquelle elles sont étirées. Cette dernière phase est généralement connue sous le nom de durcissage à chaud.
Dans certains cas, il est souhaitable que ces pellicules
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aient une forte résistance à la traction dans un sens, par rapport à la résistance dans n'importe quel sens d'une pellicule de même épaisseur et de même matière présentant-une orientation biaxiale équilibrée, et qu'elles aient en même temps une résistance à la trac- tion adéquate dans le sens perpendiculaire au sens de la plus forte résistance à la traction.
Il est connu de produire une pellicule ayant une résistan- ce plus forte dans un sens en l'étirant de manière à ne l'orienter que dans un sens, ou en formant une pellicule biaxialement orientée dans laquelle le rapport d'étirage dans un sens est plus élevé que dans l'autre. On a cependant constaté que le premier de ces procédés donne une pellicule dont les propriétés dans le sens perpendiculai- re au sens d'orientation ne sont pas satisfaisantes, la pellicule étant cassante et tendant à se fibriller lorsqu'on la manipule.
Dans le second procédé, on peut soit donner la plus forte orientation en premier lieu et dans ce cas la pellicule se fend lorsque l'on essaie de retirer dans le sens perpendiculaire, soit donner l'orientation la plus faible en premier lieu et dans ce cas l'opération d'étirage devient instable et peut produire des pellicules qui présentent de fortes variations d'épaisseur. Si, dans le dernier procédé, on don- ne suffisamment d'orientation dans le premier sens pour assurer des conditions d'étirage stables, on a découvert qu'il était impossible d'étirer la pellicule dans le sens perpendiculaire jusqu'à obtenir le rapport d'étirage élevé, parce que la pellicule se rompt.
Chacun de ces procédés éprouvés aboutit à la production d'une pellicu- le dont les propriétés générales ne sont pas satisfaisantes ou dont la résistance à la traction dans le sens perpendiculaire au sens d'orientation principal n'est pas adéquates
L'invention a pour buts de procurer un procédé pour pro- duire une pellicule orientée qui présente en combinaison une résis- tance à la traction relativemnt forte dans un sens et une résistan- ce à la traction dans le sens transversal au premier qui soit suffis sante pour permettre à la pelcule de résister à une manipulation
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normale. ainsi qu'un procédé pour produire des pellicules durcies à chaud ayant ces propriétés.
Suivant la présente invention, on étire à nouveau suivant un seul axe une pellicule en matière thermoplastique organique, qui a étébiaxialemnt orientêe, cet axe étant un des axes de la pre- mière orientation. On donne ainsi à la pellicule une forte résis- tance à là traction dans le sens dans lequel elle est étirée deux fois.
Le terme étirage utilise dans cette description sert 'La décrire l'étirage bien connu de la pellicule lui donnant une orien- tation moléculaire. L'orientation biaxiale initiale peut être obte- nue en étirant la pellicule pratiquement amorphe dans deux sens per pendiculaires l'un à l'autre, soit simultanément, soit consécutive- ment dans n'importe quel ordre. La pellicule peut être durie à chaud soit avant, soit après l'étirage ultérieur de la pellicule biaxialement orientée. On préfère cependant appliquer le traitement de durcissement après cet étirage qui, autrement, nécessiterait des températures d'étirage élevées. On peut utiliser des procédés de durcissement à chaud classiques.
Pendant le processus d'étirage de la présente invention, on peut tolérer un rétrécissement partiel de la pellicule dans le sens perpendiculaire au sens d'étirage. Quoiqu'il se produise une légère perte d'orientation et de résistance à la traction dans ce sens, particulièrement si le rétrécissement est très fort, l'orien- tation qui reste est suffisante pour donner à la pellicule terminée des propriétés adéquates dans ce sens.
Le procédé conforme à la présente invention convient par- ticulièrement à la production de pellicules orientées en téréphtala- te de polyéthylène, parce que cette matière donne des pellicules présentant une résistance à la traction exceptionnellement forte.
Lorsque l'on applique ce procédé à des pellicules en cette matière, il est préférable d'étirer en premier lieu une pellicule pratique- ment amorphe dans deux sens perpendiculaires l'un à l'autre pour ob- tenir un rapport d'étirage compris entre 2:1 et 5:1 dans chaque sens
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(les rapports d'étirage dans les deux sens étant identiques'ou dif- férents) et de poursuivre cet étirage jusqu'à obtenir un rapport compris entre 1,,05:1 et 4:1 dans le sens qui nécessite la plus for- te résistance.
On obtient des pellicules particulièrement bonnes en les étirant d'abord jusqu'à obtenir un rapport compris entre 2,5:1 et 4:1 dans les deux sens(à nouveau soit également, soit inégalement dans les deux sens) et en poursuivant l'étirage dans le sens qui nécessite la plus forte résistance jusqu'à obtenir un rapport com- pris entre 1,5:1 et 3:1.
On peut ainsi obtenir des pellicules en té- réphtalate de polyéthylène qui présentent une meilleure résistance à. la traction dans les deux sens que les pellicules en cette matiè- re connues jusqu'à présent; elles peuvent en fait avoir un point de rupture d'au moins 40.000 p.s.i. (2.811 kg/cm2) dans un sens, com- biné à un point de rupture d'au moins 8.000 p.s.i. (562 kg/cm2) dans le sens perpendiculaire au premier.
La présente invention couvre donc aussi les pellicules en téréphtalate de polyéthylène présentant en combinaison un point de rupture d'au moins 40.000 p.s.i. (2.811 kg/cm2) dans un sens et un point de rupture d'au moins 8.000 p.s.i. (562 kg/cm2) dans le sens perpendiculaire au premier.
ON peut donner l'orientation initiale biaxiale, comme dé- crit plus haut, en étirant la pellicule dans deux sens perpendicu- laires l'un à l'autre simultanément ou consécutivement. Lorsque la pellicule est étirée consécutivement dans les deux sens, il est préférable de retirer en premier lieu dans le sens dans lequel on désire obtenir la plus forte orientation dans la pellicule terminée, qui est habituellement le sens de,la machine. Lorsque l'on étire une pellicule en téréphtalate de polyéthylène de cette façon, il est pré férable d'étirer en premier lieu la pellicule dans ce sens à une température comprise entre 70 et 90 C et ensuite dans le sens per- pendiculaire au premier à une température comprise entre 80 et 90 C, et finalement à nouveau dans le premier sens à une température com- prise entre 100 et 220 C.
Lorsque l'on étire la pellicule en téré- phtalate de polyéthylène biaxialement dans les deux sens simultané-
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ment, on la chauffe à une température comprise entre 70 et 120 C, et on l'étire à nouveau dans le sens qui nécessite une plus grande orientation, à une température comprise entre 80 et 200 C. La pel- licule peut dans chaque cas être durcie à chaud, de préférence à une température comprise entre 1500 et 230 C, avant ou après l'éti- rage final, mais de préférence après cet étirage.
On peut utiliser dans la pratique de la présente invention n'importe quel procédé d'étirage de pellicule connu. Dans le cas d' une pellicule plane qui requiert une plus forte résistance dans le sens de la machine, .il est habituellement plus facile de lui donner l'orientation biaxiale initiale par un des processus en deux pha- ses connus, d'abord longitudinalement et ensuite transversalement, par un des procédés connus, et d'étirer ensuite la pellicule à nou- veau longitudinalement, par exemple au moyen de deux paires de rou- leaux pinceurs, la seconde paire étant entraînée à une vitesse pé- riphérique plus élevée que celle de la première paire.
Dans le cas d'une pellicule tubulaire, il est préférable d'étirer la pellicule initialement dans les deux sens simultanément en maintenant une bul- le de fluide sous pression dans la pellicule entre deux paires de rouleaux pinceurs entraînés de manière appropriée à des vitesses périphériques différentes, et d'étirer ensuite à nouveau la pelli- cule longitudinalement en formant une seconde bulle de fluide sous une pression permettant une contract.Lon transversale limitée, et d' étirer la pellicule vers l'avant par une troisième paire de rouleaux pinceurs entraînés à une vitesse périphérique plus élevée que celle de la seconde paire.
On peut également réaliser la troisième phase lorsque la pellicule est partiellement dégonflée, ce qui permet une contraction transversale considérable sous l'action d'une traction d' étirage longitudinale positive.
Des procédés d'étirage de pellicules conformes à la pré- sente invention sont représentés schématiquement dans les dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 représente un système servant à étirer une
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pellicule plate, l'orientation biaxiale initiale étant donnée en deux phases ; la figure 2 représente un système servant à étirer une pellicule tubulaire, l'orientation biaxiale initiale étant donnée en une seule phase.
Sur la figure l, l désigne .un tronçon de pellicule prati- quement amorphe qui avance vers un système d'étirage comportant des rouleaux lents 2 et des rouleaux rapides 3, entre lesquels la pel- licule est étirée dans le sens de la machine jusqu'à présenter un rapport d'étirage initial désiré. Au delà des rouleaux rapides 3, la pellicule étirée vers l'avant passe à un dispositif élargisseur 5, ou. elle est étirée latéralement. En quittant le dispositif.élar- gisseur, la pellicule biaxialement orientée 6 passe à une paire de rouleaux 7, qui sont les rouleaux lents d'un système d'étirage avant utilisés peur mettre en oeuvre le procédé d'étirage qui fait l'ob- jet principal de la présente invention.
La pellicule biaxialement orientée est ainsi étirée dans le sens de la machine, entre ces rouleaux et les rouleaux rapides 8 du système jusqu'à présenter le rapport d'étirage final désiré. La pellicule préférentiellement éti- rée traverse alors un four de durcissement à chaud 9 pour aboutir à un dispositif de rognage marginal 10, et la pellicule rognée est finalement bobinée. Pour chaque phase d'étirage que comporte ce processus, la pellicule peut être chauffée à la température désirée d'étirage de n'importe quelle manière connue.
Sur la figure 2, 11 désigne la pellicule tubulaire qui vient d'un dispositif refroidisseur après avoir été extrudée et qui passe entre les rouleaux pinceurs 12 qui sont rainurés pour laisser passer une sonde tubulaire 13, par laquelle on peut introduire de l'air dans la pellicule tubulaire. 14 est un dispositif de chauffa- ge qui chauffe la pellicule à la température d'étirage, à laquelle elle est étirée transversalement jusqu'au point désiré, comme mon- tré en 15, par la pression d'air introduite par la sonde. Simultané- ment, la pellicule est étirée longitudinalement par les rouleaux pinceurs 16, qui tournent à une vitesse périphérique suffisamment
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supérieure à celle des rouleaux 12 pour obtenir le rapport d'étira- ge requis.
Après être passée entre les rouleaux pinceurs 16, la pellicule est à nouveau chauffée,. au moyen du dispositif de chauffa- ge 17, et est ensuite à nouveau étirée longitudinalement par une troisième paire de rouleaux pinceurs 18, qui tournent à une vites- se périphérique calculée pour produire le rapport d'étirage requis.
La pression d'air, introduite par la sonde tubulaire 19, est réglée pour permettre une contraction partielle de la pellicule dans le sens transversal, comme montre en 20. Le chauffage de la pellicule par le dispositif de chauffage 17 se poursuit au delà de l'endroit d'étirage, et sert à durcir la pellicule à chaud. Immédiatement après être passée entre les rouleaux pinceurs 18., la pellicule est fendue en deux nappes continues de longueur égale qui sont enrou- lées séparément.
Il est à remarquer que les dessins ne sont donnés qu'à titre d'exemple et que d'autres procédés connus pour étirer la pel- licule peuvent être utilises. De nombreuses modifications peuvent également être apportées aux procédés décrits en particulier. La pellicule tubulaire peut, par exemple, comme décrit plus haut,, être étirée séparément dans les deux sens pour lui donner l'orientation biaxiale initiale et être durcie à chaud dans une opération complè- tement séparée de la phase d'étirage initiale.
En dehors de leur excellente résistance à la rupture, les pellicules produites par le procédé suivant la présente invention, présentent un allongement à la rupture dans le sens de résistance maximum, inférieur à celui des pellicules biaxialement orientées, ce qui constitue un avantage dans beaucoup de cas. Par exemple, les pellicules en téréphtalate de polyéthylène de la présente invention peuvent présenter un allongement à la rupture qui ne dépasse pas 20% dans le sens de la résistance maximum, généralement de l'ordre de 10 à 40%, comparé à un allongement à la rupture de l'ordre de 80 à 150% pour des pellicules biaxialment orientées.
Les pellicules orientées conforme à la présente invention
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sont utiles lorsque l'on veut obtenir une pellicule qui présente en combinaison une résistance particulièrement élevée dans un sens et une résistance adéquate dans le sens transversal au premier. Ces pellicules conviennent, par exemple, comme support photographique; comme bandes pour enregistreurs magnétiques; comme rubans d'embal- lage et comme lacets; comme rubans adhésifs; comme courroies et comme bandes; comme rubans électriques; comme fils décoratifs ; etcomme brins pour la tapisserie d'ameublement, pour la vannerie, etc.
Le pellicule est particulièrement utile comme support photographique, celui-ci devant être très mince et présenter une élasticité adéquate ; par exemple, la pellicule en téréphtalate de polyéthylène de la présente invention convient particulièrement bien comme support pour films cinématographiques, ainsi que comme sup- port pour pellicules et films utilisés dans la photographie . d'ama- teur, la photographique en couleurs, la diagnose aux rayons X, l' enregistrement sonore et la reproduction de documents.
L'invention est illustrée, sans y être limitée, par les exemples suivants, qui se réfèrent au tableau qui les suit. Dans ce tableau les propriétés de la pellicule de chaque exemple sont com- parées à celles d'une pellicule témoin en téréphtalate de polyéthy- lène désignée par A, qui a été préparée par étirage dans le sens de la machine uniquement jusqu'à présenter un rapport d'étirage élevé, et d'une pellicule témoin désignée.par B qui a été biaxialement orientée par un procédé classique en deux phases.
EXEMPLE 1.-
Une pellicule plane en téréphtalate de polyéthylène amor- phe est étirée vers l'avant sur un rouleau chauffé jusqu'à présen- ter un rapport-de 5/2:l à une température de 85 C et à une vitesse de 5 pieds (1,50 m) par minute. La pellicule est alors étirée laté- ralement jusqu'à présenter un rapport de 3 1/4 : 1, dans un bain d' eau à 85 C et à une vitesse de 10 pieds (3 m) par minute. La pelli- cule est finalement à nouveau étirée vers l'avant, jusqu'à présen- ter un rapport de 21/2: 1 sur un rouleau à 1500C et à une vitesse de 5 pieds par minute (1,50 m).
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EXEMPLE 2. -
Une pellicule plane en téréphtalatede polyéthylène amorphe est étirée vers l'avant jusquà présenter un rapport de 3:1 sous un dispositif de chauffage à rayonnement Infra-rouge, à une températu- re constante comprise entre 75 et 90 C. et à une vitesse de 9/2 pieds (1,35 m) par minute.
La pellicule est alorsétirée latéralement dans un bain d'eau à 90 C jusque présenter un rapport de 3 1/4 : 1, tra- verse ensuite sous tension un four de durcissement à chaud à 200 C; et est finalement étirée vers l'avant jusqu'à présenter un rapport de 1 3/4: l sous Lui dispositif de chauffage à rayonnement infra- rouge, à une température constante comprise entre 100 et 150 C.
EXEMPLE 3. -
Une pellicule tubulaire en téréphtalate de polyéthylène amorphe est étirée simultanément vers l'avant et latéralement jus- qu'à présenter des rapports de 3 1/3:l et 3 3/4 :l respective- ment, tout en étant chauffée par un dispositif de chauffage à rayons nement infra-rouge jusqu'à une température comprise entre 90 et 120 C, à une vitesse de 10 pieds ( 3 m) par minute. La pellicule pas-' se alors dans une zone chauffée de la même façon à une température comprise entre 120 et 160 C, et est étirée vers l'avant jusqu'à pré- senter un rapport de 3/2: l à cette température.
Pendant ce dernier étirage vers 1-lavant, la pression d'air dans la bulle est réglée de sorte que la largeur de la pellicule soit réduite de 22 pouces à 10 pouces (56 cm à 25,4 cm) EXEMPLE 4.-
On reprend le processus de l'exemple 3 sauf que le rap- port d'étirage final est de 1 3/4 : 1 et que la largeur de la pel- licule est réduite à 16 pouces ( 40,6 cm).
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TABLEAU.
EMI10.1
<tb>
Echan- <SEP> Rapport <SEP> d'étirage <SEP> Epaisseur <SEP> Epaisseur <SEP> , <SEP> Résistance <SEP> dans <SEP> le <SEP> Allon- <SEP> Résistance <SEP> dans <SEP> le <SEP> Allontillon <SEP> de <SEP> la <SEP> pel- <SEP> d'une <SEP> pel- <SEP> sens <SEP> de <SEP> la <SEP> machine <SEP> gement <SEP> sens <SEP> transversal <SEP> sèment
<tb> obtenu <SEP> @ <SEP> licule <SEP> a- <SEP> licule <SEP> a- <SEP> en <SEP> livres/pouce <SEP> car- <SEP> à <SEP> la <SEP> en <SEP> livres/pouce <SEP> à <SEP> la
<tb>
EMI10.2
par le Avant Latéral Avant orphe en près l'é- ré x 10-' (eg/cm2 x ruptu- carré x 10 (kg/ ruptuprocédé pouce (mn) tirage fî- 103) re em2 x 103) re en de Fessn- nal en pou- ############# ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
EMI10.3
<tb> ple <SEP> n <SEP> ce <SEP> (mm) <SEP> élasticité <SEP> rupture <SEP> % <SEP> élasticité <SEP> rupture
<tb> A <SEP> 5- <SEP> 0,006 <SEP> 0,
0012 <SEP> 50 <SEP> (3,51) <SEP> 60 <SEP> (4,21) <SEP> 30 <SEP> ' <SEP>
<tb> (0,1524) <SEP> (0,030)
<tb> B <SEP> 331/4 <SEP> - <SEP> 0,050 <SEP> 0,0050 <SEP> 13 <SEP> (0,91) <SEP> 22 <SEP> (1,54) <SEP> 180 <SEP> 14 <SEP> (0,98) <SEP> 23 <SEP> (1,61) <SEP> 130
<tb> (1,27) <SEP> (0,127)
<tb> 1 <SEP> 2 <SEP> 1/2 <SEP> 3 <SEP> 1/4 <SEP> 2 <SEP> 1/4 <SEP> 0,012 <SEP> 0,0018 <SEP> 30 <SEP> (2,10) <SEP> 56 <SEP> (3,93) <SEP> 55 <SEP> 10 <SEP> (0,70) <SEP> 12 <SEP> (0,84) <SEP> 300
<tb> (0,3048) <SEP> (0,04572)
<tb> 2 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 1/4 <SEP> 1 <SEP> 3/4 <SEP> 0,045 <SEP> 0,0038 <SEP> ' <SEP> 44 <SEP> (3,09) <SEP> 50 <SEP> (3,51) <SEP> 35 <SEP> 9 <SEP> (0,63) <SEP> 13 <SEP> (0,91) <SEP> 200
<tb> (1,143) <SEP> (0,09652)
<tb> 3 <SEP> 3 <SEP> 1/4 <SEP> 3 <SEP> 3/4 <SEP> 1 <SEP> 1/2 <SEP> 0,013 <SEP> 0,0008 <SEP> 52 <SEP> (3,65) <SEP> 55 <SEP> (3.,86) <SEP> 12 <SEP> 8 <SEP> (0,56)
<SEP> - <SEP> 300
<tb> (o,3302) <SEP> (0.0203)
<tb> 4 <SEP> 3 <SEP> 1/3 <SEP> 3 <SEP> 3/4 <SEP> 1 <SEP> 3/4 <SEP> 0,013 <SEP> 0,0009 <SEP> 37 <SEP> (2,60) <SEP> 51 <SEP> (3,58) <SEP> 35 <SEP> 12 <SEP> (0,84) <SEP> 22 <SEP> (1,54) <SEP> 205
<tb> (0,3302) <SEP> (0,0228)
<tb>
* Rompu dans une machine d'essai.