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Procédé de fabrication de feuilles de matières synthétiques.
Il est connu de fabriquer des feuilles de matières synthétiques en coulant une solution de celles-ci. Dans ce cas, la solution du film est versée, par une tuyère, sur unebande métallique sans fin, éventuellement munie de moyens de tron- çonnage. Après évaporation du solvant, le film subsistant est retiré de la bande métallique. Ce procédé présente un incon- vénient, principalement du fait quil est pratiquement limité à la coulée de solutions polymères relativement peu visqueuses dans un solvant organique et que la feuille obtenucomporte
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des différences d'épaisseur relativement importantes ainsi que @ des rainures longitudinales.
Pour une série de polymères importants dans l'industrie- des emballages, comme par exemple le polyéthylène, le poly- propylène, le polyisobutylène et autres matières synthétiques thermoplastiques ne pouvant être traitées en solution, ce pro- cédé connu n'est pas approprié et il nécessite un traitement ultérieur des feuilles coulées pour égaliser les différences d'épaisseur. De même, les bords des feuilles coulées sont dé- fectueux et doivent être enlevés.
Dans le procédé connu, on a essayé de maintenir une distance aussi faible que possible entre la tuyère et la bande métallique (base de coulée). D'après un examen des propriétés de films tombant librement et obtenus à partir de liquides vis- queux, on a constaté qu'en appliquant simultanément les deux méthodes, c'est-à-dire en guidant latéralement le film liquide sortant de la tuyère et en augmentant la distance entre la tuyère et la base de coulée, il se formait un voile tombant librement et convenant avantageusement pour la fabrication de feuilles coulées.
La présente invention a pour objet un procédé de cou- lée ne présentant pas ces limitations ou inconvénients. Il est caractérisé en ce que, à la sortie de la tuyère, la matière synthétique, de préférence liquide, est transformée, par chute libre, en un voile dirigé vers le bas et perpendiculaire aux deux cotés, tout en étant au moins d'une largeur égale à celle de la bande mobile, dont la vitesse est au moins égale à la vitesse de chute du voile au point de rencontre sur la bande mobile, la matière synthétique liquide passant éventuellement à côté de la bande, étant renvoyée à la tuyère.
La présente invention a également pour objet un dis- positif permettant la réalisation de ce procédé.
Elle sera décrite plus clairement au moyen des dessins en annexe, dans lesquels :
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La fig.1 est une coupe d'une tête de coulée pour la réalisation du procédé suivant la présente invention, mais sans dispositif de guidage latéral ;
La fig. 2 est une coupe d'un film liquide sortant de la tuyère de la tête de coulée.
La figure 3 est une vue de face du film liquide de la fig. 2.
La fig. 3a est une coupe du film de la fig. 2 suivant la ligne A-A.
La fig. 4 est une vue schématique d'un coté de la tête de coulée avec des dispositifs pour le guidage latéral du film liquide ou plut8t du voile tombant librement ;
La fig. 5 est une autre forme de réalisation des dis- positifs de guidage du voile.
La fig. 6 est une vue latérale schématique d'un dis- positif complet pour la fabrication de feuilles suivant le pro- cédé de la présente invention.
La fig. 7 est une partie du dispositif de la fig. 5, vu dans le sens de déplacement de la base mobile, et
La fig. 8 est un schéma du circuit de la matière li- quide pour former les feuilles.
D'une manière détaillée, la fig.l représente une tête de coulée à doubles parois 1,2, le couvercle 3 étanche à la pression ainsi que la tuyère 6, dont la largeur peut être modi- fiée par les volets 4,5. La matière liquide 7 entre, par l'ou- verture d'admission 8 à l'intérieur de la tête de coulée. Le couvercle 3 comporte une soupape 9 d'équilibre de pression et le compartiment 10 est rempli d'un milieu chauffant. Pour des raisons de clarté, les conduites d'admission et d'évacuation du milieu chauffant ne sont pas représentées. La largeur de la tuyère 6 peut être modifiée au moyen d es dispositifs de régla- ge 11, 12. Les dispositifs de guidage latéral du film liquide sortant de la tuyère ne sont pas représentés à la fig.l.
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La coupe représentée à la fig.2pour le film 13 sortant de la tuyère, représente schématiquement la réduction d'épaisseur du film liquide. La fente de la tuyère 6, d'une largeur S et limitée par les volets 4,5, définit une surface, par laquelle une quantité déterminée de matière liquide sort dans l'unité de temps.
L'épaisseur du film 13, tombant à une vitesse croissan- te sous l'effet de la force de gravitation, diminue en fonction du carré de la distance de la fente de tuyère, si l'on empêche en même temps toute modification de la largeur du film. A pre- mière vue, la viscosité de la matière n'influence les modifica- tions de l'épaisseur du film que comme composante linéaire.
Après une longue chute, le film se dissout et se disloque. La ligne Z-Z de la figure 2 représente la limite de stabilité du film.
La fluoré 3 représente schématiquement la façon dont les différences d'épaisseur 14 du film 13, se produisant à la fente de tuyère 6, disparaissent avec un écartement croissant de cette dernière. En-dessous de la ligne A-A, ces différences sont pratiquement compensées. La zone 15 du film, entre les lignes A-A et Z-Z est appelée "voile", étant donné que, dans un plan horizontal, l'épaisseur du film ne comporte aucune différence importante et la modification absolue de l'épaisseur du film dans le sens de la chute est très faible et peut être négligée.
Cette zone en forme de voile du film tombant offre d'importants avantages pour la fabrication des feuilles coulées, en particulier lorsque la largeur du film ou plut8t du voile doit être maintenue constante au moyen de systèmes appropriés, comme exposé en détails ci-après. La base de coulée, c'est-à- dire la bande métallique mobile, rencontrant le voile par exem- ple à la ligne B-B, doit se déplacer longitudinalement à une vitesse au moins égale à celle, à laquelle le goile tombe au point de rencontre avec la bande mobile. Si la bande se déplace
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moins rapidement, il risque de se former des accumulations de manière et ainsi, il se produit des inégales dans l'épaisseur des feuilles coulées.
La coupe de la fig. 3a d'un film le long de la ligne A-A de la fig. 3 montre les épaississements margi- naux 16, qui se forment par contraction, lorsque le film n'est pas guidé latéralement.
La figure 4 montre la façon de réaliser ce guidage. Le film sortant sans guidage à la limite latérale 17 a tendance à former un rétrécissement, comme représenté par la ligne en pointillés 18. Le fil de guidage 19, fixé latéralement à la tête de coulée 1, est mis en contact avec les bords du film 15, en vissant la vis de réglage 20 dans le dispositif de retenue 21, jusqu'à ce que le guidage par fil 22 prenne la position 22a, représentée en pointillés. De la sorte, le fil de guidage 19 est amené en même temps dans la position 19a et il est en contact avec les bords 18 du film. En ramenant la vis de régla- ge 20, le bord du film est entraîné et ainsi; il suit le gui- dage du fil.
De la sorte, on évite la formation de zones margi- nales plus épaisses comme représenté à la fig. 3a ou plut8t cette formation est limitée aux environs immédiats du fil de guidage. Il est à noter que le film ou le voilepeut également être guidé latéralement au moyen de rails, par exemple suspendus à l'extrémité extérieure de la tuyère, s'éten- dant perpendiculairement vers le bas et allant au moins jusqu' au plan de la bande métallique.
Le schéma de cette forme de réalisation du guidage latéral du film est -représenté à la fig. 5, où la tête 24 des rails de guidage 25 est suspendue au bord 26, à l'intérieur de la tête d'injection 1. La section transversale des rails de guidage 25 peut être ronde, carrée ou profilée. En règle géné- rale, il est préférable d'employer une section transversale cir culaire, mais, pour obtenir un meilleur guidage, il peut égale- ment être avantageux d'employer des profilés comportant des
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rainures de guidage ou en forme de croissant. Etant donné @ que le rail ou le fil de guidage ne peut se modifier à la température de travail, il est préférable d'employer du métal comme matière du système de guidage.
Pour le système de guidage sous forme de fil, on emploie, de préférence, de l'acier inoxydable.
Dans tous les cas, lors de la réalisation du procédé de la présente invention, les dispositifs de guidage latéral doivent aller au moins jusqu'au plan de la base de coulée.
De préférence, la bande métallique mobile 23 (fig. 4 et 5) est au-dessus de l'extrémité du dispositif de guidage. Il est également avantageux dé laisser une certaine distance entre la bande métallique 23 et le guidage du film, de façon que les parties latérales du voile débordent de la bande métallique et qu'un faible épaississement du voile, se produisant dans tous les cas à proximité du guidage latéral, n'exerce aucune influence sur l'épaisseur régulière des feuilles obtenues.
Les parties de matière débordant latéralement sur la base de coulée, sont rassemblées dans un dispositif collecteur et renvoyées à la tête de coulée.
Le dispositif représenté schématiquement à la fig. 6 pour la fabrication de feuilles coulées suivant le procédé de la présente invention, comporte, comme base de coulée, une bande métallique sans fin 23, tournant autour des rouleaux de commande et de tension 27, dans le sens des flèches et à une vitesse uniforme, déterminée en fonction de la vitesse de chute : du voile au niveau de la bande métallique. Dans le carter 28 la bande peut être portée à une température déterminée et réglée suivant la matière traitée. Lorsqu'on coule une solution, il peut être avantageux de chauffer la bande, et, lorsqu'on coule une masse fondue, il est opportun d'effectuer un refroi- dissement. Au moyen du dispositif de pulvérisation 29, la surface de la bande peut être munie d'un des dispositifs
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habituels de séparation.
Dans ce cas, la bande 23 passe devant une paroi de montage 30, à laquelle sont fixées, d'une manière amovible, deux têtes de coulée 31, s'étendant sur toute la largeur de la bande 23. Le montage de ces têtes de coulée correspond à la forme représentée à la fig.l, comportant des dispositifs de guidage latéral du film ou voile tombant 15, suivant la fig.4 ou 5, A chaque tête de coulée 31, on adapte un conduit collecteur mobile 32, muni d'un dispositif de commande 33, un conduit collecteur fixe 34 et un réservoir 35 pour la ma- tière des feuilles. Pour couler les feuilles à partir de la masse fondue, il convient de prévoir des dispositifs de chauf- fage de toutes les pièces destinées à recevoir la matière li- quide fondue, de façon à éviter des pannes par suite d'une solidification inopportune de matière..
Les conduits collecteurs 32 et 34 sont reliés, par des conduites, aux réservoirs cor- respondants 35 . Les dispositifs de pompage, destinés à envoyer la matière servant à fabriquer les feuilles, des réservoirs 35 dans les têtes de coulée correspondantes 31, ne sont pas re- présentés dans le dessin.
Après avoir passé la paroi 30, la bande 23, recouverte par la matière servant à fabriquer les feuilles, arrive dans la chambre 36, comportant des dispositifs 37 pour le réglage de la température. Lors du traitement de solutions polymères, on prévoit habituellement un chauffage, par exemple sous forme de radiateurs infra-rouges, de même qu'un dispositif (non représenté) pour l'évacuation et la récupération du solvant. Lors du traitement de polymères liquides fondus, il peut être avantageux de prévoir un refroidissement de la chambre 36.
Après avoir contourné le rouleau 27, la bande 23 arrive au couteau diviseur 38, où la feuille solidifiée 40 est détachée de la bande. De même, la feuille peut encore éventuel- lement être découpée sur la bande au moyen des rouleaux de
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découpage 39. La feuille finie est enroulée sur le rouleau 41, une couche intermédiaire 42, par exemple du papier, pouvant éventuellement être déroulée du tambour 43 et intercalée entre chaque couche de feuille.
Le conduit collecteur mobile 32 est avantageux, mais non indispensable. Il est suspendu en pendule à la paroi de montage 30 et, au moyen du dispositif de commande 33, par exem- ple un piston actionné pneumatiquement, il peut pivoter entre la tête de coulée 31 et la bande 23 et recueillir le voile 15.
Cette simple interruption de la coulée est particulièrement avantageuse pour le réglage du voile tombant (distance entre la tuyère et la bande, largeur de la fente de tuyère, quantité de matière de coulée fournie). L'emploi de deux ou plusieurs têtes de coulée séparées est important pour un fonctionnement en continu de même que pour la fabrication de feuilles à plusieurs couches.
La fig. 7 représente une partie de la fig. 6 dans le sens de déplacement du dessus de la bande 23. La tête de coulée
31, fixée d'une manière amovible à la paroi de montage 30, four- nit le voile 15, tombant librement et guidé par le dispositif de guidage 25, ce voile arrivant sur le dessus de la bande 23, en passant par le conduit collecteur oscillant 32. Lorsque la bande 23 se déplace rapidement, il peut être opportun de prévoir un volet 44 immédiatement avant le voile, de façon à empêcher la formation de zones d'air turbulentes au point de rencontre du voile 15 et du dessus 23 de la bande. Etant donné que cette turbulence est due principalement à l'air entraîné par la bande, il faut choisir une distance aussi faible que possible entre le dessous du volet 44 et le dessus de la bande 23.
La matière dépassant les dispositifs de guidage 25 des deux côtés de la bande 23, s'écoule dans les conduits collecteurs fixes 34 et de là, est renvoyée dans la tête de coulée 31.
Le circuit de la matière de coulée est représenté
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schématiquement à la fig. 8 . Du réservoir 34, la matière liqui- de arrive dans la tête de coulée 31 en passant par la conduite 45, le filtre 46, la pompe de circulation 47, l'étranglement 48 et la sûreté de surpression 49. Les conduits collecteurs mobiles 32 et les conduits collecteurs fixes 34 renvoient la matière recueillie dans la conduite 45. Lors du traitement d'une matière liquide fondue, il convient de prévoir ,dans ce cir- cuit, des dispositifs de chauffage appropriés, de façon qu'en aucun endroit -du système, il ne puisse se produire des solidifications inopportunes.
La réalisation du procédé de la présente invention sera exposée d'une manière plus détaillée au moyen de l'exemple ci-après.
Exemple
Pour fabriquer une feuille de poly¯éthylène, on a traité, dans la masse fondue, à 160-190 C, dans un dispositif de coulée suivant les figs. 6 et 7, un mélange de 70,0 % en poids d' "Epolène C" (polyéthylène à bas poids moléculaire de la Firme Eastman Chemical Products Inc.,
Kingsport USA).
29,5 % en poids de "Piccolyte" '(Résine de polyterpène de la
Firme Pennsylvania Industrial Chemical Corp. Clairton,
U.S.A.);
0,5 % en poids d'amide oléylique.
La bande se déplaçant à une vitesse de 80 m/min., la fente de la tuyère ayant une largeur de 2,5 mm et étant à environ 500 mm de la bande, on a fabriqué, sur cette dernière, une feuille de polyéthylène de 0,021 mm. d'épaisseur. La quan- tité de matière fournie a été réglée de telle sorte que le ni- veau dans la tête de coulée soit d'environ 200 mm. En modifiant la largeur de la fente (0,2 - 4 mm) de même qu'en changeant la distance entre la tuyère et la bande (150- 580 mm), tout en
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réglant la vitesse de la bande ainsi que la quantité de matiè- re amenée à la tête d'injection, suivant les valeurs indiquées chaque fois pour la largeur de la fente et la hauteur de chute, on a pu fabriquer sans difficultés, des feuilles de 0,02 à 0,4 mm.
La vitesse de la bande et, par conséquent, la vitesse de fabrication ont pu âtre portées à 240 m/min. Le refroidisse- ment dans la chambre 36 a été chaque fois déterminé en fonction de la quantité de masse fondue traitée. Les feuilles fabriquées de la sorte étaient pratiquement isotropes et ne comportaient pas de rainures. Dans des conditions données, les variations d'épaisseur ont pu être maintenues à ¯ 1 /oo.
Il est à noter que le procédé suivant la présente invention n'est pas spécialement limité à la matière de feuil- les indiquée ci-dessus. Outre le polyéthylène, on peut également employer d'autres polymères thormoplastiques appropriés à l'in- dustrie des emballages, en particulier le polypropylène, le polyisobutylène, le polystyrène de même que les copolymères correspondants. De même, suivant le procédé de la présente invention, on peut employer ,comme matières de feuilles, du chlorure polyvinylique, de l'acétate polyvinylique et autres matières thermoplastiques analogues, avec ou sans plastifiant.
Toutefois, dans ce cas, on ne travaille pas à partir de la masse fondue, mais à partir de la solution. Les solvants et les produits d'addition appropriés pour les matières thermoplastiques traitées en solution dans des solvants organiques, sont bien connus de l'homme de métier.
Lors du traitement de polymères thermoplastiques liquides et fondus, il peut être avantageux d'employer des modificateurs, réduisant la viscosité. De même, on peut ajouter à la masse fondue, des produits réduisant la dépolymérisation.
De plus, on peut employer dee colorants et d'autres produits d'addition, conférant, aux feuilles finies, des propriétés déterminées et désirées.