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L'invention se rapporte à un procédé et à un appareillage pour expan- ser, conformer et durcir en continu des produits caoutchouteux contenant un agent expanseur. Elle se rapporte en outre à l'enduction de ces produits au besoin avec une couche extérieure imperméable d'un composé de caoutchouc ne contenant pas d'a- gent expanseur. Au surplus l'invention se rapporte au renforcement simultané de ces produits caoutchoutés au besoin avec une matière fibreuse de renforcement re- lativement inextensible à l'intérieur de ceux-ci et unie intimement à ceux-ci.
Il existe un besoin important dans l'industrie automobile et ailleurs pour des bandes de caoutchouc à sections transversales relativement complexes. Ces bandes sont fréquemment utilisées comme bourrelets et pour diverses fonctions en tant que garnitures ou joints. En général on demande que le caoutchouc soit du genre spongieux avec pores interconnectés, ou du genre cellulaire avec pores non interconnectés. Pour les applications considérées ici on appelera ces deux varié- tés de caoutchouc expansé du caoutchouc éponge.
Souvent, il convient de produire sur une certaine partie ou sur toute la surface de la bande de caoutchouc éponge une couche ou peau de caoutchouc soli- de imperméable pour protéger la surface délicate du caoutchouc expansé. Jusqu'à présent ce procédé complique considérablement toute tentative d'extruder et de durcir à la fois la couche d'éponge et la couche imperméable, parce que le caout- chouc éponge doit pouvoir se dilater après extrusion et avant durcissement.
Il doit ordinairement considéré difficile d'incorporer intimement une matière fibreuse renforçatrice, relativement non extensible, telle qu'un cordon à l'intérieur à l'éponge, comme ceci sera rendu plus clair par la suite, lorsque l'éponge et le cordon quittent la tête d'extrusion au même degré de vitesse; l'é- ponge augmentera de vitesse en raison de son expansion et il se produira un glis- sement continu entre éponge et cordon empêchant une union intime. Un tel cordon est très souvent nécessité dans le produit final à la fois pour conférer une ré- sistance suffisante au produit final et pour donner de l'assistance dans les opé- rations de manipulation.
Il est bien connu dans le présent domaine que l'on peut ajouter à un caoutchouc un agent expanseur et, par addition de chaleur, cet agent expanseur se décompose en dégageant un gaz inerte à l'intérieur du caoutchouc, en formant la structure caoutchouteuse spongieuse ou cellulaire familière. On peut ajouter di- verses charges, des assouplissants et autres composés similaires au caoutchouc si on le désire. Après que l'agent expanseur s'est dégagé, on durcit le caoutchouc éponge. Il est essentiel que la vulcanisation ne commence pas avant que la réac- tion d'expansion ait cessé. Ceci se fait d'ordinaire en choisissant un accéléra- teur ayant un taux lent d'activité initiale, ou encore en choisissant un accélé- rateur qui ne réagira qu'à une température supérieure à celle à laquelle l'agent expanseur se décompose.
Des agents expanseurs typiques sont le bicarbonate de sodium et le diazoaminobenzène, bien que beaucoup d'autres donnent tout autant satisfaction.
L'appareillage de la présente invention comprend essentiellement des extrudeurs doubles placés dans une tête dans laquelle se trouve une aire de filiè- re placée sur le même axe qu'un tube de durcissement chauffé dans et à travers lequel la matière extrudée est forcée, un moyen d'admission d'un lubrifiant appro- prié sous pression dans le tube, un mandrin de petit diamètre passant à travers la tête et conduisant directement dans le tube de durcissement et s'étendant sur une courte distance à l'intérieur de celui-ci, qui constitue un moyen d'alimenta- tion d'un cordon, adéquatement traité ou préparé, dans le tube en un point à courte distance au-delà de l'entrée de la matière extrudée, ce cordon adhérant à la ma- tière caoutchouteuse et formant ainsi une partie intégrante de la bande ou tige,
laquelle est guidée à la décharge par des rouleaux pinceurs et adéquatement enrou- lée ou enlevée.
Le mode de fonctionnement de l'invention sera décrit en détail au cours de la description qui suit, destiné à être lue en se rapportant aux dessins d'ac-
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compagnement dans lesquels @ la figure 1 est une vue en plan de l'appareillage de l'invention, la figure 2 est une vue en hauteur fragmentaire de l'appareillage à une échelle plus grande, partiellement en coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1, les figures 3, 4, 5 et 6 sont des vues fragmentaires en coupe trans- versale de l'appareillage prises suivant les lignes 3-39 4-4, 5-5 et 6-6 respecti- vement de la figure 2, et la figure 7 est une vue en perspective fragmentaire du produit fini.
L'appareillage de l'invention comprend un moyen pour extruder en con- tinu une matière caoutchouteuse vulcanisable, contenant un "agent expanseur" capa- ble de dégager du gaz aux températures élevées, à travers un tube à grand allonge- ment ayant la dimension et la forme de section transversale de la bande expansée que l'on désire. La matière remplit ce tube entièrement et la surface de la matiè-- re en contact avec les parois du tube est continuellement lubrifiée pour prévenir un collage de la matière sur ces parois. Tout en faisant ainsi avancer la matière à l'état confiné en la forme désirée, on applique de la chaleur pour décomposer 1' agent expanseur" et ainsi produire les pores désirés dans le caoutchouc, et ensuite pour durcir ou vulcaniser le caoutchouc et ainsi fixer ces pores dans la masse de caoutchouc.
Se rapportant maintenant aux dessins et particulièrement aux figs. 1 et 2, la tête d'extrusion 12 s'y trouve représentée. Les extrudeurs 10, 11 cons- tituent les deux extrudeus doubles requis pour la mise en oeuvre de la présente inventiono Ses extrudeurs sont placés à 90 l'un par rapport à l'autre. Ils peu- vent toutefois être placés suivant un angle quelconque désiré, jusqu'à des alimen- tations opposées placées à 180 l'une par rapport à l'autre. Les extrudeurs 10, 11 alimentent la tête d'extrusion 12 et sont des extrudeurs conventionnels fonction- nant de manière connue dans le domaine actuel ; ils servent simplement à fournir de la matière dans une condition de plasticité à travers la filière et dans le tu- be de durcissement.
Le premier extrudeur 10 sert µ délivrer une matière caoutchouteuse
EMI2.1
spongieuse 14 dans le pàss'âgé'd'extrûSion 13 à'travers'un conduit ou passage - ,de 'dii3t'f'iibu:tîC:}ll- annillaire 15 de' forme;; -générâlèment :tÏ'langu;t:9r:k:ve èn^o.^<: 4 ti-ar.l1rvers.a.êl:e avocfcài s oiTIme:t:' po1ntan t vêrs: V.dm 1; ér:ijùl? 9-; tis-â.tr,r' s un'."'" passagews':é.¯tex.dt 'a¯ 3'¯i.ntriezrq 16, 9 à*t-i?avers---iiiie aire de''filière A de courte- lngutmr:fBrt;;,-é.nim,ite dàns'un tube def dui-bi8sêmerit :34.:en- aboutissément- ave-c-- et -l'aire de :.f:ala:ge ",,, Une matière' caoutchouteuse non.spongieuse 2'7 est introduite'.. au moybi3--d-luii 5ebdnd extrudeur 11 placé de manièr-è7'-à@fàrùler àn "mince reUi:l1hêtlird de caoutchouc hon spongieux sur la sommet de l'intérieur caoutchouteux spongieux.
Comme montré dans la fig. 2, la matière 27 est introduite par le passage d'alimen- tation 25 (fig. 1) à partir de l'extrudeur 11 dans un conduit annulaire 26, qui possède également une section transversale triangulaire et a un sommet 28 pointant vers l'intérieur, dans l'extrémité de l'aire de filière A juste avant que la matiè- re éponge 14 entre dans le tube de durcissement 34. La matière 27 en provenance de l'extrùdeur 11 peut être réglée de manière à ne couvrir seulement qu'une partie 'du caoutchouc éponge, comme par exemple montré dans le produit fini représenté dane la fig. 7 où la peau de caoutchouc solide 27 couvre seulement la partie supérieure de la masse de caoutchouc éponge 14.
Ceci se réalise en utilisantun conduit segmentaire 29 pour raccorder le conduit annulaire 26 à l'aire de filière A, afin que le caoutchouc solide puisse pénétrer uniquement en la portion de l'aire de filière A où cet enduit de caoutchouc solide est désiré:
La matière caoutchouteuse spongiéuse 14 passant par l'aire de filière A prend la forme du produit final désiré et cette forme est conservée dans tout le tube de durcissement 34 puisque les aires transversales du passage du caoutchouc du tube de durcissement 34 et de l'aire de filière A sont essentiellement les mê- mes.
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Un mandrin central 55 passe à travers la tête d'extrusion 12. Dans ce mandrin 55 existe un forage longitudinal conçu pour loger un cordon de renforce- ment 56 qui est alimenté dans l'arrière de la tête d'extrusion de manière continue pendant l'opération d'extrusion. Le cordon est alimenté à partir d'une bobine d'alimentation tournante 57 (fig. 1) et:, après avoir quitté la bobine, le cordon passe vers le bas sous un rouleau 58 immergé dans un réservoir 59 d'un liquide de lubrification 60 qui est ainsi appliqué sur le cordon avant de pénétrer dans la tête d'extrusion. Le but de cette lubrification du cordon sera décrit de ma- nière plus détaillée plus loin. Le mandrin passe à travers la tête 12 et s'étend dans le tube de durcissement sur une très courte distance.
Dans le but de lubrifier la surface de la matière caoutchouteuse lors- qu'elle passe à travers le tube de durcissement on prévoit un réservoir de stoc- kage 63 (fig. 1) d'où un lubrifiant liquide est alimenté au moyen d'un dispositif de pompage 65 à un conduit d'alimentation 66 passant dans le sommet de la tête d'extrusion et en communication avec un passage radial intérieur 67 (fig. 2) qui conduit à un passage de distribution de lubrifiant annulaire 68 situé dans la tête en avant de l'entrée de la matière solide dans l'aire de filière A ou le tube de durcissement 34.
L'aire de filière A à laquelle on fait allusion plus haut est une pe- tite longueur de tube dans laquelle la matière spongieuse extrudée prend en pre- mier lieu la forme requise pour elle dans le produit final. Cette filière peut appartenir au genre conventionnel de filières d'extrusion, comme les filières en acier ordinaires utilisées pour la plupart des extrusions de caoutchouc ou de ma- tière thermoplastique. En aboutement avec cette aire de filière A, après prévision d'une entrée de l'enduit de caoutchouc imperméable 27 comme décrit précédemment et après prévision d'une addition de lubrifiante il y a un long tube de durcisse- ment 34 ayant essentiellement la même aire de section transversale que l'aire de filière A. C'est dans les limites de ce tube de durcissement 34 que les opérations d'expansion et de durcissement se font.
On conçoit aisément que la matière caoutchouteuse spongieuse, lorsque l'agent expanseur se décompose;, doit nécessairement se dilater. Comme dans la cons- truction de la filière et du tube de durcissement il ne peut pas se produire d'ex- pansion suivant l'aire de section transversale:, la seule direction possible pour l'expansion est dans la direction linéaire. Les vitesses d'expansion et de durcis- sement doivent être réglées de manière à ce que toute expansion cesse avant que le durcissement commence, dans le but d'assurer de l'uniformité aa produit et de prévenir un durcissement prématuré avant achèvement de la réaction d'expansion.
Il existe un certain nombre de manières de réaliser ceci. Une méthode est d'employer un type d'accélérateur à action retardée à la fois dans la matière spongieuse caoutchouteuse et dans celle qui est imperméable. On applique alors de la chaleur au tube de durcissement au moyen de vapeur ou de tout autre mcyen con- ventionnel. L'agent expanseur se décompose et l'accélérateur judicieusement choisi devient alors actif peu après et produit la vulcanisation ou durcissement de la matière.
Une autre méthode est celle illustrée dans la fig. 1 où le tube de durcissement 34 est entouré par trois jaquettes chauffantes successives et à ré- glage independant 75, 76, 77 9 dotées chacune de leur propre jeu de soupapes d'en- trée (respectivement 78, 79, 80) et de soupapes de sortie (respectivement 81, 82, 83) et aussi de dispositifs enregistreurs (respectivement 84, 859 86) pour régler le courant de vapeur ou d'autres milieux de chauffage à travers les jaquettes;, créant ainsi trois zones de température indépendantes à l'intérieur du tube de durcissement.
En choisissant convenablement les agents expanseurs et l'accéléra- teur et en réglant les températures des zones, l'expansion peut être amorcée dans la première zone, portée à son terme dans la deuxièmeg avec vulcanisation subsé- quente dans la troisième zone.
L'extrémité de sortie du tube de durcissement 34 est rétrécie suivant un arc de chaque coté;, de manière à venir très près d'une paire de cylindres pin-
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ceurs interconnectés 899 90 qui sont commandés à une vitesse soigneusement réglée par un mécanisme approprié 91 dans le but de stabiliser le débit de production quiy sans aide, tendrait à varier par suite des forces de friction entre la ma- tière et la paroi du tube et en raison également de certaines irrégularités dans la vitesse d'expansion. Lorsqu'il émerge des cylindres pinceurs9 le produit 53 peut tomber dans un récipient approprié ou il peut être enroulé sur une bobine appropriée (non représentée).
Lors du fonctionnement;, la matière spongieuse vulcanisable 14 est alimentée dans l'extrudeur 10 et est extrudée dans et à travers l'aire de filière A où la matière s'écoule autour du mandrin 55 et épouse la forme désirée du pro- duit final. Immédiatement en-dessous du point où la matière spongieuse acquiert la forme requise9 la matière solide pénètre dans un élargissement d'une portion de l'aire de filière Ao Par suite de la température élevée des deux matières et de la pression positive sous laquelle les matières sont confinées en la forme désirée au moment où elles viennent ensemble;, la peau solide devient fermement et intégralement unie au caoutchouc éponge.
La distance radiale entre 41 et 43 ou élargissement de l'aire de filière pour recevoir la matière solide, est quel- que peu plus grande que l'épaisseur de la peau solide finalement désirée sur le produit fini, parce que cette peau est étirée longitudinalement et par conséquent diminue d'épaisseur, quand la vitesse linéaire d'avancement de la matière spon- gieuse augmente durant l'expansion.
Peu après que les matières solide et spongieuse sont ainsi portées l'une près de l'autre, la masse d'extrusion unitaire passe à travers la bague lubrifiante poreuse 69, dans laquelle un film mince de lubrifiant est appliqué sur toute la surface du caoutchouc par l'action de la pompe 65. Des liquides appropriés à cet effet sont les liquides anticollants qui ne-sont pas nuisibles au caoutchouc;, comme la glycérine des solutions de savon;, certaines huiles, des agents mouillants9 ou des compositions contenant des substances lubrifiantes à base de silicones.
L'objet du film mince de lubrifiant est de permettre au caoutchouc de passer à travers le tube de durcissement 34 sous une pression po- sitive de confinement sans collage sur les parois intérieures du passageo
La matière spongieuse 14 se compose de caoutchouc naturel ou synthé- tique vulcanisable contenant les additifs usuels, y compris un agent expanseur capable de dégager du gaz aux températures élevées.
La formulation suivante a donné satisfaction :
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<tb> Composant <SEP> Parties <SEP> en <SEP> poids
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<tb> élastomère <SEP> 100
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<tb> blanc <SEP> 100
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<tb> acide <SEP> stéarique <SEP> 12
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<tb> huile <SEP> de <SEP> paraffine <SEP> 20
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<tb> oxyde <SEP> de <SEP> zinc <SEP> 5,0
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<tb> METS <SEP> (disulfure <SEP> de <SEP> di-2-benzothiazyle) <SEP> 1,0
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<tb> Methazate <SEP> (diméthyl-dithiocarbamate <SEP> de <SEP> zinc) <SEP> 0925
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<tb> Beutene <SEP> (produit <SEP> de <SEP> condensation <SEP> de <SEP> la <SEP> butyraldé-
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<tb> hyde <SEP> avec <SEP> l'aniline) <SEP> 0,1
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<tb>
<tb> soufre <SEP> 3,0
<tb>
Unicel S (bicarbonate de sodium à 50% dans une huile minérale)
590(agent expanseur)
La caractéristique de cette matière est que lorsqu'on atteint des températures élevées, l'agent expanseur se décompose et un gaz est engendré à l'intérieur de la matière, produisant des vides ou pores qui peuvent être plus ou moins reliés entre eux suivant les conditions exactes opératoirescomme la vitesse d'extrusion, le type d'agent expanseur, le lubrifiant et la températureo
Lorsque les pores communiquent entre eux dans une grande mesure, la matière est de la nature de caoutchouc éponge, tandis que;
, lorsque les pores sont
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essentiellement isolés les uns des autres, la matière est essentiellement non absorbante et est désignée adéquatement par caoutchouc cellulaireo Lorsque le caoutchouc est vulcanisé en un état où il garde sa forme, les pores y subsistent l'une manière permanente.
La matière solide 27 est constituée par une composition de caoutchouc voicansable conventionnelle quelconque, ayant essentiellement la même vitesse de vulcanisation à la même température que la matière spongieuse, afin que les deux matières se vulcanisent dans la mesure requise lorsqu'elles traversent la longueur de l'appareillage.
Ainsi, on obtient de bons résultats avec une matière solide 27 et une matière spongieuse 14 qui ont la même composition, sauf pour l'agent expanseur.
Dans l'exemple donné, l'Unicel S est absent dans la matière 27.
Dans la méthode de chauffage illustrée dans les dessins annexés;, il y a trois zones indépendamment réglables en température qui entourent le tube de durcissement 34. Dans la première zone 759 le caoutchouc est chauffé à une température suffisamment élevée pour amorcer la réaction d'expansion. Dans la deuxième zone de chauffage 76 la température est légèrement plus basse et la réaction d'expansion s'y achève. La matière caoutchouteuse spongieuse doit évidem- ment augmenter considérablement de volume lorsqu'elle s'enfle ou se dilateo Com- me la seule direction suivant laquelle le caoutchouc peut se dilater dans le tube de durcissement 34 est dans la direction linéaire, l'expansion se manifeste par une augmentation de la vitesse linéaire du caoutchouc dans les zones du tube de durcissement où l'expansion se produit.
Dans la troisième zone de chauffage 77 la température est maintenue suffisamment élevée pour vulcaniser la matière, consolidant ainsi les pores avant que le caoutchouc ne soit plus confiné. Dans l'éventualité où les matières utilisées pour la matière spongieuse 14 et la ma- tière solide 27 comprennent les constituants énumérés dans l'exemple plus haut;, on constate que l'on obtient de bons résultats avec l'établissement de tempéra- ture de 135 C environ dans la première zone 75, d'environ 121 C dans la deuxième zone 76 et d'environ 162 à environ 190 C dans la troisième zone 77. On conçoit que le produit caoutchouteux 53 quitte l'appareillage à une plus grande vitesse linéaire que la vitesse linéaire du caoutchouc dans la première partie du tube9 au voisinage de la tête d'extrusion.
Le taux de sortie du caoutchouc du tube de confinement est soigneusement stabilisé en faisant tourner les cylindres pin- ceurs 89, 90 à une vitesse régulière comme décrit ci-après.
Le cordon de renforcement 56 est tiré à travers l'appareillage par le mouvement du caoutchouc à une vitesse égale à la vitesse linéaire maxima du caoutchouc, c'est-à-dire;, la vitesse du caoutchouc vers l'extrémité de sortie de l'appareillage. Comme le cordon est relativement inextensible9 il doit na- turellement se déplacer essentiellement à la même vitesse linéaire sur toute sa longueur. La vitesse linéaire du cordon est par conséquent plus grande que la vitesse linéaire de la matière caoutchouteuse dans la section initiale du tube de durcissement. Pour tenir compte de ce mouvement relatif du cordon et du caoutchouc, le cordon est tiré à travers le réservoir 59 de liquide lubrifiant 60 après avoir quitté sa bobine d'alimentation 57 et avant d'entrer dans la tête d'extrusion.
Le cordon ainsi lubrifié est tiré à travers le mandrin 55 et est introduit dans la matière caoutchouteuse dans la partie initiale du tube de dur- cissement 34. Par suite de la présence du lubrifiante le cordon glisse aisément par rapport au caoutchouc dans la première section du tube. Des lubrifiants con- venant à cet effet sont ceux qui ne sont pas nocifs pour la matière caoutchou- teuseo
Pour permettre au cordon d'assumer la fonction renforçatrice dési- rée dans le produit final, la matière de caoutchouc doit être unie fermement au cordon.
Cette exigence parait contradictoire avec l'exigence précédente de lu- brification du cordon pour permettre le mouvement relatif du cordon et du caout- chouco Toutefois;, on a trouvé que ces exigences peuvent être remarquablement sa-
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tisfaites en utilisant comme lubrifiant une composition adhésive qui est ini- tialement, dans les conditions existant dans la partie avant du tube de durcisse- ment, sous une forme relativement fluide mais qui dans le produit final est sous une forme solide et sert à lier le cordon au caoutchouc. Les lubrifiants préférés sont des matières qui initialement sont de nature fluide, mais qui se consolident ou se solidifient à la température de vulcanisation du caoutchouc pour former une union solide entre le caoutchouc et le cordon.
Les résines thermodurcissables, comme les compositions résineuses phénoliques, satisfont à cette exigence, comme le font aussi les plastisols de chlorure de polyvinyleo
S'il ne se produit pas d'irrégularités dans la progression de la matière par suite de variations dans l'agent expanseur, le lubrifiant, la cha- leur ou d'autres causes;, il est douteux que des cylindres pinceurs ou un cabestan pour stabiliser le taux d'alimentation du cordon soit nécessaire. Mais, parce que de telles irrégularités sont généralement inévitables par suite des imper- fections inhérentes aux dispositifs mécaniques, la stabilisation à la fois de la vitesse du produit fini émergeant de la machine et d'entrée du cordon assure un meilleur produit.
La paire de cylindres pinceurs 89, 90 mentionnés plus haut, qui sont chacun commandés et contrôlés par une commande à vitesse variable, stabilisent très bien le taux de sortie. Lorsque la matière a tendance à aller trop vite, les cylindres pinceurs la retiennent ou, lorsque sa tendance est d'aller trop lente- ment, ils la tirent à une vitesse uniforme, contrôlant ainsi le durcissement, la structure cellulaire et la densité.
Les cylindres pinceur& et le cabestan pour l'alimentation du cordon peuvent être réglés indépendamment ou bien ils peuvent être synchronisés et réglés par un dispositif de contrôle commun modifiant simultanément la vitesse des deux systèmes. Lors du fonctionnement on peut établir la vitesse au rapport d'expansion le plus bas supposé et effectuer graduellement les réglages qui s'avèrent utiles au cours de l'opération.
On peut aisément effectuer des régla- ges plus fins par la suiteo
On peut placer un second cabestan après les cylindres pinceurs et le synchroniser avec eux pour produire une plus grande surface de contact avec la matière qui émerge et assister ainsi les cylindres pinceurso Cette assistance peut être nécessaire lorsqu'on fabrique une matière avec une section transversa- le exceptionnellement irrégulière, parce qu'une telle matière rencontre une plus grande résistance de la part des parois du tube. Un tel cabestan est également utile comme dispositif intermédiaire entre les cylindres pinceurs et une bobine sur laquelle la bande ou tige est enroulée. Le cabestan peut remplacer totale- ment les cylindres pinceurs pour certaines opérations.
Bien que la présente invention ait été décrite en se rapportant à une forme de réalisation spécifique et à une composition spécifique de matière caoutchouteuse, il est entendu que cette description est faite pour la commodité de la présentation et qu'elle ne présente pas un caractère limitatif en ce qui concerne la portée de l'invention. On constatera aisément que certains change- ments peuvent être apportés sans s'écarter de l'esprit de la présente invention, laquelle est uniquement limitée par les revendications ci-après.
REVENDICATIONS.
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