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" Procédé de fabrication .de. feuilles"
La présente addition a pour objet une modification apportée au procédé de fabrication de feuilles décrit dans le brevet principal.
Dans le brevet principal, on a décrit un procédé de fabrication de feuilles en matières thermoplastiquesartifioielles macromoléculaires selon lequel on soumet des tubes en matières
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''.<#% thermoplastiques artificielles macromoléculaires à un évasement sphérique par une pression interne provoquant un étirage dans toutes les directions et on forme un tuyau flexible en feuille en effectuant un évasement hémi-sphérique de même importance sur l'ensemble du tube à partir du raocord hémi-sphérique postérieur entre le tube et la partie évasée du tube.
Pour réaliser l'éva-
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seatent '.ph4r1qu.,4Ui oausi un étirage dans toutes les directions i faut que 1 tub à évaser ait une température comprise entre le "#;: '.. ,/' ',.. 'J -'#'""?;-,#:: #p'o'1n,,',,'d,,;ta1o' d.'.": oriàtalU.. ou le point de ramollissement de .' ,', l. ..tUre''ôon.tUuant'18 tube' et 60 0 au-dessfus de oea points. Le prociàr âiârit" d.àn: le.. brevet principal permet de fabriquer des-fèuilles. ayant' une épaisseur oomprise entre environ 0,3 et -'"' * 7' ::jt':;::;':f; .4::4:='1'3'"',::,;,,,. r 0,01 aaet une résistanoe oojaprise entre quelques centaines de I:( ,:'J:"";z:....:t;",:;",,,,,(".....1...'\\I...'/""': ;\).;,'<...
<lcilogramaes..par-âï?:etenviron 3000 kilogrammes par 8m en tou- t..-.: \" : .. l;:':.:);..:::t;-/?:-:'/:) -=. j tes' di.otiÓn8."Il;'.x'1'.t'.'Ïine relation entre, d'une part, la. r'.i8tano.\:.tt.int.;.t;d'âutre part, la. température de l'étirage et':.le,:ciegi'./ci.Ú',';'à8èment".
/ j - ,-,.y;t.0ria' constaté .que, conformément à cette relation, on peut obtenir. des feuilles ayant une résistance comprise entre oel- 'le d-'.un,'Siûillenônétiéë-st celle des feuilles préparées selon le procédé décrit dans le brevet principal et possédant, par conséquent, un meilleur allongement ou une ténacité améliorée,
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si l'on veille a ce que, pendant toute l'opération d'évasement, la. température de la matière soit au voisinage immédiat du point de fusion des' cristallites ou bien égale au point de fusion des
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oriatallit.a.
Il est cependant difficile de maintenir la températu-Sl re exactement dans le domaine pendant toute l'opération d'étira- ge
Or la demanderesse a trouvé que l'on pouvait fabriquer
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des feuilles ayant une résistance augmentée et une ténacité amé- |; liorée en effectuant l'évasement de la manière décrite dans le brevet principal, mais en veillant à ce qu'au commencement de
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l'évasement il n'y ait qu'une partie concentrique de la section II transversale du tube qui soit à une température oomprise entre le point de fusion des oristallites et 60 C au-dessous de ce point,
et qu'en même temps une autre partie concentrique de la section transversale du tube ait une température au-dessus du point de fusion des oristallites. Cette dernière partie de la section
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transversale du tube peut également avoir une température égale au point de fusion des oristallites ou même supérieure à ce point.
Dans ce cas il faut cependant que cette partie de la section du tube ne cristallise pas mais soit à l'état fondu.
Pour créer dans la matière constituant le tube les con- ditions de températures nécessaires pour l'évasement conforme à la présente addition) on peut, par exemple, faire passer le tube à évaser par un bain de chauffage comme on 1'a décrit dans le brevet principal. Immédiatement avant le début de l'évasement on peut porter la paroi extérieure à une température supérieure au point de fusion des cristallites, par exemple, en faisant pas- ser le tube par un bain supplémentaire ayant une température é levés ou en soufflant un gaz chaud contre le tube quittant le bain de chauffage ou en l'arrosant avec un liquide chaud ou par chauf- : fage rayonnement.
Il va de soi qu'on peut également porter la paroi intérieure du tube par des moyens analogues à une tempé- rature élevée.
La température de l'agent de chauffage servant à por- ter une partie de la section transversale du tube à une température supérieure au point de fusion des cristallites ou au point de ramollissement ainsi que la durée d'action de cet agent de chauf- fage dépendent de l'épaisseur du tube et des propriétés qu'on désire conférer au tuyau souple en feuille à préparer. Lorsqu'on utilise un bain liquide, celui-ci a de préférence une tempéra- ture d'au moins 5 C supérieure au point de fusion des cristali tes ou au point de ramollissement de la matière constituant le tube.Par exemple, lorsqu'on traite un tube en polyéthylène basse pression la température du bain est d'au moins 130 C.
La liai- te supérieure de la température admissible d'un tel bain de chauffage n'est déterminée que par le point d'ébullition du li- quide du bain de chauffage et par la thermostabilité de la ma tière constituant le tube. Pour des raisons d'économie on ne dépasse pas, en général, une température d'environ 60 C au-des- sus du point de fusion des cristallites ou du point de ramollis-
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'ïcjTsëmeat .de la matière constituant le tube.Dans des cas spéciaux, Pl 9 si l'on utilise des appareil travaillant à grande -*Vite*sse et de manière continue, la température du bain peut être |?piusVé> levée Si l'on chauffe une partie de la section transver- a tube au moyen d'un gaz chaud, par exemple l'air, les li# 0,--température sont à peu près les mêmes.
A cause de la pfaïbïe capacité calorifique des gaz on peut cependant dépasser #la'liBiite supérieure sans hésiter et effectuer le soufflage,par au moyen d'air ayant une température de 300 C ou supé- IfSsSV Le temps de séjour du tube dans le dispositif de chauf- Kîfage utilisé pour ce chauffage ultérieur dépend naturellement de psîiC'" pjlE"?ïempérature de ce dispositif et, de plus, des propriétés qu'on veut conférer aux feuilles à préparer. Plus la température du dispositif de chauffage est basse, plus le temps de séjour est 'long. De plus, plus la ténacité de la. feuille doit être grande, plus le temps de séjour est long.En général, des temps de séjour compris entre quelques secondes(par exemple 5 secondes) et quel- ques minutes(environ 20 minutes) sont suffisants.
Dans des cas spéciaux, on peut grandement dépasser ces limites dans un sens ou dans l'autre.
Une autre possibilité de distribuer la température dans la section transversale du tube conformément à la présente addition est'de refroidir de l'extérieur un tube quittant une extrudeuse à une température supérieure au point de fusion ou de ramollissement de la matière plastique, par exemple à une température.de 200 C environ, dans une mesure telle que les par-
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ties externeMÂ;
de la section transversale du tube soient refroi- dies à une température-comprise entre le point de fusion des cristallites ou le point de ramollissement et 60 C au-dessous de ces points, la température des parties internes restant au- dessus du point de fusion des cristallites ou du point de ra-
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mollissement, pui8,dtévas;lè tube à cet état.
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On peut effectuer les autres mesures de ta manière décrite dans le brevet principal.
Le présent procède est applicable à toutes les ma- tières thermoplastiques artificielles qui présentent le phéno- mène de striction appelé"necking" qui a été décrit dans le bre- vet pricipalA ce groupe appartiennent par exemple le chlorure de polyvinyle, les polyfluoréthylènes et les polyoléfines, par exemple le polyéthylène, le polypropylène et les polymères d'o- léfinea supérieures. Bien entendu, le procédé est également ap- plicable aux co@olymères obtenus à partir des monomères qui sont à la base des matières plastiques ci-dessus mentionnées et/ou d'autres monomères, pourvu que ces polymères possèdent la pro- priété de "necking".
Le procédé convient particulièrement bien pour le traitement des polyoléfines basse pression, par exem- ple celles qui ont été obtenues par la polymérisation d'oléfines dans des conditions de pression et de température relativement douces en présence de systèmes de catalyseurs connus sous le nom de catalyseurs de Ziegler.
Le cas échéant, :1 peut être bon de soumettre les feuilles étirées dans toutes les directions qui ont été prépa- rées conformément à la présente addition, à un étirage complé- mentaire effectué à des températures plus basses.
Selon les conditions de préparation, les feuilles fabriquées par le présent procédé offrent une résistance compri- se entre environ 1000 et environ 200 kg/cm et ont un allonge- ment compris entre environ 50 et quelques 100%, par exemple 500%. On peut régler comme on le détire la résistance et l'allon- gement des feuilles obtenues en variant la distribution de la température dans la section transversale du tube, variation qu'on peut atteindre, par exemple, en agissant sur la tempéra- ture du bain ou sur la vitesse de déplacement du tube dans les bains de chauffage ou par un réglage analogue des autres appa-
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relia de chauffage, s'il y en a.
Lea exemples suivants-illustrent l'addition sans toutefois la limiter.
EXEMPLE 1 (essai de comparaison)
On prépare une feuille en polyéthylène basse pression par le procède de gonflement, de feuilles connu en extrudant un tube sur une extrudeuse commerciale pourvue d'une buse annulaire ayant un diamètre de 60 mm et une largeur de fente de 0,5mm. Jus- te après sa sortie-de la buse annulaire on évase le tube, qui soit de la buse à une température de 210 C par une surpression interne jusqu'à ce que son diamètre ait triplé (180mm) et on re- tire le ube en même temps au moyen d'un dispositif de retrait.
L'évasement s'effectue à l'état fondu et a pour but de réduire l'épaisseur de paroi du tube extrudé, de sorte qu'une feuille mince soit obtenue à partir du tube à paroi relativement épaisse.
Après l'évasement, le tube fini se refroidit et se solidifie (cristallise).
Four mieux connaître le comportement des feuilles on se reportera au dessin annexé sur lequel on a porté, en ab- scisses, les allongements en % et, en ordonnées, les efforts en kg/c2m Les traita pleins correspondent aux efforts longitu- dinaux et les traits en pointillé aux efforts transversaux.
La feuille a une limite d'allongement de 220 à 250 kg/ cm2voir courbes 1 du dessin annexé). Lorsqu"on soumet la feuil- le à des efforts dans la direction longitudinale, elle s'allon- ge à peu près uniformément de plusieurs fois sa longueur et pres- que sans aucune striction locale. Par contre, si on la soumet à des efforts dans la direction transversale, de fortes stric- tions locales ("necking") se produisent lorsque la limite d'allon- gement est dépassée et le feuille se déchire alors facilement, surbut si elle est soumise à des efforts rapides et pareils à des chocs(voirla chute de la courbe 1 Ce phénomène est un grave inconvénient de la feuille commerciale obtenue à partir du polyéthylène basse pression par le procédé de gonfle-
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ment.
Le comportement différent de la feuille suivant qu'on la Boulet à des efforts dans la direction longitudinale ou dans la direction transversale est dû à l'orientation d'éouleent présente dans la direction longitudinale du tube de départ, orient orientation qui naît lors de la préparation du tube sur l'extrudeuse.
EXEMPLE 2(essai de comparaison):
On prépare une feuille en polyéthylène basse pression selon le procédé décrit dans lebrevet principal en effectuant l'évasement à une température inférieure au point de fusion des cristallites qui, pour la matière utilisée, est de 128 C. On utilise un tube de départ ayant un diamètre extérieur de 32mm et une épaisseur de paroi de 2mm. On introduit ce tube dans un bain liquide de chauffage où on le chauffe à une température de 125 C. Immédiatement après sa sortie du bain de chauffage on soumet le tube à un évasement successif hémi-sphérique(rap- port 1 10) et le transforme ainsi en un tuyau flexible en feuille ayant un diamètre de 300mm.
Par cet évasement hémi-sphé- rique effectué à une température inférieure au point de fusion des cristallines, la résistance est beaucoup augmentée.
Une feuille préparée de celle manière a une résistan- ce d'environ 1800 kg/cm dans la direction transversale et d'en- viron 1500 kg/cm dans la direction longitudinale, et un allon gement de 20 à 40%(voir les courbes 6 du dessin).
Si l'on chauf- fe le tube de départ à 127 C et qu'on l'évase ensuite de la ma- nière ci-dessus décrite en obtient des feuilles dont la résis- tance est un peu plus faible(par exemple 1000-1500 kg/cm ) mais dont l'allongement est un peu plus grand(par exemple 30-
60%) é 6 EXEMPLE 3t vé On évase un tube de la manière décrite dans l'exem- ple 2(essai de comparaison), mais en plus des mesures décrites dans cet exemple on souffle de l'air chaud(par exemple 130 C)
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à l'intérieur et/ou à- 11 extérieur de la sphère. Les feuilles
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>..J..-4:t..t- C'¯Zû- ainsi obtenues ont une résistance de 800-1100 kg/cm et un allongement de 50-80 %(voir courbes 5 du dessin).
EXEMPLE 4:
On chauffe un tube en polyéthylène basse pression
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(point de fudion des ér3sa-Ilites 12700) , qui a un diamètre extérieur de 32 mm et une épaisseur de paroi de 2 mm, de son côté extérieur pendant 5 minutes dans un bain de chauffage dans du glycol ayant une température de 126 0 C puis on le chauffe également de son côté extérieur, pendant 30 secondes, dans un bain de glycol ayant une température de 170oC, et en- suite on le soumet à un gonflement sphérique et le transforme ainsi en un tuyau flexible en feuille ayant un diamètre de 300 mm. La feuille a une épaisseur d'environ 20/u . Sa limite est de 330 kg/cm2 dans la direction circonférentielle et de 270 kg/cm2 dans la direction longitudinale.
L'allongement à la rupture est de quelques 100% dans toutes les directions.
La striction locale que subit une éprouvette de la feuille au cours de l'étirage est nulle ou peu importante. La courbe ne présente qu'une faible chute après que la limite d'allongement a été dépassée, puis elle devient presque hori- zontale(voir courbes du dessin). A côté d'une bonne aptitude à l'allongement les feuilles de ce genre possèdent une bonne résistance à la déchirure ultérieure.
EXEMPLE 5 :
On chauffe un tube du genre décrit dans l'exemple 4, pendant 2 minutes, à l'extérieur et à l'intérieur dans du glycol ayant une température de 126 c puis on le chauffe éga- lement à l'extérieur et à l'intérieur, pendant 15 secondes dans du glycol ayant une température de 160 C, et ensuite on l'évase. Les résultats sont analogues à ceux de l'exemple 4.
Ils correspondent aux courbes 2 du dessin).
EXEMPLE 6 : On chauffe un tube du genre décrit dans l'exemple
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4,-. à 1'intérieur et à l'extérieur, pendant une minute dans du glycol ayant une température de 140 C puis pendant une minute dans'du glycol ayant une\ température de 126 C, et ensuite en- une fois -pendant 10 secondes dans du glycol ayant une tem- pérautre de 140 C Ensuite on évase le tube de la manière dé- crite à- l'exemple 4. Les résultats sont analogues,à ceux de 1'exemple 4( voir courbes 2-du dessin). dans les expériences décrites dans les exemples 4 à 6 on-a utilisé, pour le gonflement, de l'air à la tempéra- ture ambiante.
On peut également utiliser de l'air chaud ayant, par exemple, une température allant jusqu'à 250 C Dans ce cas, la température des bains peut être un peu plus basse ou les temps de séjour dans les bains peuvent être plus courts.
EXEMPLE 7:
On chauffe un tube en polyéthylène basse pression (point de fusion des cristallites 128oC), qui a un diamètre extérieur de 32 mm et une épaisseur de paroi de 3 mm, intérieu- rement et extérieurement, pendant 6 minutes, dans du glycol ayant une température de 12800, puis on le chauffe intérieu- rement et extérieurement pendant 20 secondes dans du glycol ayant une température de 140 C, et ensuite on le soumet à un gonflement sphérique au moyen d'air ayant la température am- biente jusqu'à ce que le diamètre soit de 400 mm. La feuille a une épaisseur de 20 environ. Sa limite d'allongement est d'environ 400 kg/cm2 dans toutes les directions.
L'allonge- ment à la rupture est de 100 à 150%Après que la limite d'al longement a été atteinte, la courbe #-# ne présente plus de chute mais devient horizontale ou bien monte légèrement(voir courbes 3 du dessin) . Des feuilles de ce genre ont un allon- gement relativement grand même lorsqu'elles sont soumises à des efforts analogues à des chocs.
EXEMPLE 8 :
On prépare par extrusion un tube en polyéthylène
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basse pression(point de fusion des cristallites 128 C) ayant un diamètre extérieur de 50 mm et une épaisseur de paroi de
2 mm. On. retire le tube quittant le dispositif à calibrer de ,1'extrudeuse et l'introduit dans un bain de chauffage dans le- quel on le chauffe à 127 C Le tube passe alors par un court bain de préchauffage où il est chauffé extérieurement pendant -une minute encore à 130 C. Lorsqu'il quittele bain, on le gonfle sphériquement ave de l'air ayant une température de
140 C, jusqu'à ce que son diamètre soit de 500 mm (épaisseur de paroi 20 environ)
et en même temps on souffle de l'air ayant une température de 140 C contre la zone de transition.
La feuille ainsi obtenue a unelimite d'allongement {qui n'est plus marquée) de 400 à 500 kg/cm2( voir courbes du dessin) et un allongement à la rupture de 70 à 100%.
EXEMPLE'9:
On procède de la manière décrite dans l'exemple 8, les différences étant que\Le bain de préchauffage a une tempé- rature de 160 C et que le tube le traverse en 30 secondes.
L'air au moyen duquel on gonfle et souffle la feuille a une température de 160 C environ. On obtient une feuille dont les courbes #-# correspondent aux courbes 3 du dessin.
Si l'on augmente davantage, par exemple à 200 C, la température de l'air utilisé pour le gonflement ou le souf- flage, on obtient des feuilles dont les courbes #-# corres pondent aux courbes 2 du dessin.