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Procédé et appareil de fabrication de stratifiés thermoplasti- ques.
La présente invention concerne la fabrication de stratifiés, tels que les courroies, dont les surfaces sont en matière plastique, et plus particulièrement un procédé de fabrication de stratifiés en feuilles dont la masse ne peut être chauffée à la température de fusion de la matière plastique sans l'endommager.
On fabrique actuellement des courroies stratifiées en posant des couches de tissu dont les surfaces sont re- couvertes d'une matière plastique entre les plateaux d'une presse et en refermant ensuite les plateaux. La matière plastique est une composition thermoplastique et une fois les plateaux fermés, on fait agir simultanément la chaleur et la pression sur le stratifié jusqu'à ce que la matière plastique soit complètement fondue. Puis on cesse de chauffer
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et on laisse la matière plastique refroidir en continuant d'exercer la pression sur le stratifié, et on n'ouvre pas les plateaux de la presse avant que l'ensemble du stratifié se soit refroidi à une température inférieure à la tempéra- ture de fusion de la matière plastique.
Ce procédé a plusieurs inconvénients. Il n'est pas continu et un cycle de chauffage et de mûrissage peut durer au moins 15 minutes ; on y ajoute le temps qui est néces- saire à la mise en place des éléments dans la échine, la vitesse de production dans une presse de 10 m de longueur n'est que d'un peu plus de 0,30 m de longueur de courroie stratifiée par minute. De plus, étant donné que l'épaisseur du tissu de la courroie n'est jamais uniforme, certaines portions de la courroie subissent une pression excessive, tandis que celle qui s'exerce sur d'autres portions est insuffisante et l'adhérence n'est pas parfaite. On obtient ainsi une courroie qui a tendance à se déstratifier dans certaines zones et qui est trop rigide dans d'autres pour passer facilement sur des poulies.
Mais le plus grave incon- vénient de ce procédé consiste dans le fait que pour chauffer la matière thermoplastique à sa température de fusion, com- prise entre 1460 et 177 C, il est nécessaire de chauffer le tissu (ou matière résistant à la traction) à cette tem- pérature et de l'y maintenir pendant un certain temps. Si, pendant cette période de chauffage, le tissu a été chauffé à une température supérieure à celle à laquelle il commence à se décomposer, la résistance à la traction de la courroie peut être insuffisante, à cause du dommage subi par le tissu.
Un autre inconvénient de ce procédé se manifeste lorsqu'on stratifie des matières en mousse (telles que la mousse de caoutchouc ou de matière plastique) à une matière non élastique. La mousse se dilate dans la presse pendant
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le cycle de chauffage et se réunit dans cet état à l'autre matière non élastique. Lorsque le stratifiése refroidit, la mousse se contracte et comme l'autre matière ne se con- tracte pas autant, on obtient un produit froncé.
Suivant l'invention, on fait subir aux surfaces thermoplastiques de la matière en feuille à réunir l'action d'un courant de gaz à grande vitesse à une température su- périeure à la température de fusion de la matière thermo- plastique pendant un temps juste suffisant pour en provoquer la fusion. Aussitôt après, on réunit les surfaces thermo- plastiques et on les fait passer entre deux rouleaux. Le courant de gaz chauffe les surfaces thermoplastiques assez vite pour que cette matière fonde avant que la chaleur se soit transmise par conduction à la masse de la matière en feuille en lui faisant prendre une température suffisante pour l'endommager.
Un des objets de l'invention consiste donc dans un procédé de stratification de matières en feuille à surface thermoplastique, qui consiste à chauffer cette surface assez vite pour éviter de faire subir un chauffage indésirable à la matière du côté opposé à la source de chaleur.
Un autre objet de l'invention consiste dans un pro- cédé de stratification d'une feuille à surface thermoplasti- que avec la surface d'une matière en mousse en faisant agir la chaleur sur les surfaces à réunir sans endommager le reste de la feuille ou de la mousse.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description détaillée qui en est donnée ci-après avec les dessins ci-joints à l'appui, sur lesquels :
La figure 1 est une coupe verticale d'une forme de réalisation de l'invention servant à stratifier deux
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bandes de tissu à surfaces thermoplastiques et
La figure 2 représente schématiquement une autre forme de réalisation de l'invention convenant à la fabrica- tion d'un stratifié d'une mousse et d'une bande.
On désire réunir sous forme de stratifié des matières en feuille qui doivent être protégées sauf à leurs surfaces contre l'action d'une température supérieure à une valeur donnée. On réunit ces feuilles par une couche de matière thermoplastique disposée sur les surfaces à réunir. La tem- pérature de fusion de la matière thermoplastique est supé- rieure à la limite de celle à laquelle la matière en feuille doit être exposée.
On arrive à ce résultat en faisant agir la chaleur sur la surface de la matière thermoplastique à une allure beaucoup plus rapide que celle à laquelle la chaleur se trans- met de la matière thermoplastique à la masse de la matière en feuille. En d'autres termes, on établit une situation ther- mique non équilibrée. Il est nécessaire, pour transmettre ainsi rapidement une quantité de chaleur U, que le coefficient global de transmission de chaleur entre la source de chaleur et la matière thermoplastique soit très élevé et compris entre 50 et 60. On arrive à ce résultat en faisant arriver sur la surface de la matière thermoplastique un jet de gaz chaud à grande vitesse (à une vitesse de 1220 à 3050 m/min. d'air, à une température comprise entre 315 et 536 C).
On recouvre les matières à réunir d'une couche de la matière thermoplas- tique qui subit l'action du jet de gaz à grande vitesse pré- cité, puis on les réunit immédiatement en leur faisant subir l'action d'une pression entre deux rouleaux.
La figure 1 représente un appareil de stratification de courroies par le procédé précité. On réunit des bandes de tissu à courroie ayant été traitées au préalable en fai-
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sant fondre sur leur surface une matière thermoplastique, de façon à former une courroie à plusieurs épaisseurs.
Deux tambours ou rouleaux de stratification 10 et 11 sont montés directement l'un au-dessus de l'autre, leurs axes étant horizontaux. Le tambour supérieur 11 est monté de façon à ne recevoir qu'un mouvement de rotation. Le tambour infé- rieur 10 peut recevoir un mouvement de rotation, mais son arbre peut osciller et est accouplé à rotation avec un autre arbre rotatif 12. Le tambour 10 peut donc recevoir un mou- vement par lequel son axe suit un trajet en arc de cercle de courte longueur autour de l'axe de l'arbre 12. Ce mouve- ment est commandé, et la pression dans la zone de serrage entre les rouleaux 10 et 11 est maintenue par un cylindre hydraulique à double action 13, qui règle ainsi la largeur de l'intervalle qui sépare les tambours 10 et 11.
Une bande d'un tissu à courroie 18 recouvert à sa surface d'une composition thermoplastique 19 partant d'un rouleau débiteur (non représenté) passe sur des rouleaux d'aplanissement 14 et 15, puis autour de la partie inférieure du tambour 10. Une autre bande de tissu 20, recouverte éga- lement à sa surface d'une couche d'une composition thermo- plastique 21, part de la même manière d'un autre rouleau dé- biteur, passe sur des rouleaux d'aplanissement 16 et 17, puis autour de la partie supérieure du tambour 11. On règle l'in- tervalle entre les tambours 10 et 11 et les deux bandes 18 et 20 se rencontrent dans la zone de serrage fermée par ces tambours.
Pendant que ces deux bandes passent autour d'une portion de la partie postérieure des deux tambours 10 et 11, et un instant avant qu'elles arrivent dansla zone de serrage de ces tamboursou rouleaux, un dispositif de chauffage 26 fait arriver des jets de gaz chaud sur les surfaces à réunir.
Ces jets de gaz chaud font fondre ou ramollir les surfaces
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thermoplastiques 19 et 21 du tissu.
Ces surfaces sont comprimées l'une contre l'autre en formant un stratifié pendant qu'elles passent dans la zone de serrage des tambours. Ce stratifié sort ensuite de cette zone de serrage en s'éloignant des tambours 10 et 11 et de la zone de chauffage pour arriver dans une zone de re- froidissement. On règle la vitesse du stratifié au moment de sa sortie de façon à ne pas surchauffer les surfaces thermo- plastiques et par suite à ne pas les endommager. Après avoir subi un refroidissement suffisant pour resolidifier la compo- sition thermoplastique, le stratifié est enroulé sur une bo- bine réceptrice.
Les axes des rouleaux 14, 15, 16 et 17 sont dans un même plan et sont parallèles dans ce plan. Mais des disposi- tifs de réglage 26' et 27' fixés respectivement sur les rouleaux 14 et 17 permettent de les faire basculer de façon que leurs axes ne soient plus parallèles avec ceux des rou- leaux respectifs 15 et 16 tout en restant néanmoins dans le même plan. Ce procédé permet aux bandes à stratifier de se recouvrir parfaitement.
Le cylindre 13 est monté sur une chape 22 fixée sur le bâti inférieur 23' qui supporte l'ensemble de la machine.
Une tête 24, fixée sur la tige de piston 23, comporte une sur- face courbe 25 correspondant à celle du tambour 10. Lorsque la tige de piston 23 s'allonge, l'ensemble du tambour 10 tourne dans le sens des aiguilles d'une montre autour de l'axe 12, tandis qu'en même temps l'ensemble du dispositif oscillant qui comprend le cylindre 13, la tige 23 et la tête 24, tourne légèrement en sens inverse des aiguilles d'une montre autour de la chape 22.
Les tambours 10 et 11 peuvent être construits chacun de la manière décrite dans la demande de brevet des Etats-
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Unis d'Amérique N 127.416 du 1er juin 1961, déposée en même temps que la présente et intitulée "Perfectionnements à la fabrication des matières thermoplastiques". Ainsi qu'on peut le voir, les tambours 10 et 11 sont creux et consistent en principe en un corps cylindrique en acier, dont les deux ex- trémités sont fermées. L'extérieur de chacun des tambours est métallique et leur intérieur communique avec une canali- sation appropriée permettant d'y faire circuler de l'eau ou tout autre fluide de refroidissement approprié 28.
La chaleur est transmise aux surfaces thermoplasti- ques 19 et 21 par un dispositif de projection 26 qui peut être considéré comme une boite de chauffage chauffée sur tou- tes ses faces sauf celle qui se trouve du côté des tambours.
La boite contient une tuyère qui a la forme d'un élément sen- siblement rectangulaire à parois supérieure, inférieure, la- térales et postérieure. La tuyère peut recevoir un mouvement de va-et-vient dans l'enveloppe.
Le dispositif de projection 26 comporte à son extré- mité antérieure une plaque perforée par laquelle un courant gazeux de chauffage peut arriver sur le tambour 10. La plaque à orifices à en coupe une forme en arc de cercle double, dont la courbure est sensiblement la même que celle du tambour 10, mais il doit être bien entendu qu'elle peut en être différen- te, symétriquement ou non, par rapport au plan horizontal passant par le centre du tambour, suivant les conditions de fonctionnement qu'on désire établir. Le dispositif de projec- tion 26 est tout à fait analogue à celui qui est décrit en détail dans la demande de brevet précitée, spuf que son extré- mité en face des deux tambours comporte une plaque à orifices de forme correspondant à la zone de serrage des tambours.
Des dispositifs(non représentés) font varier l'intervalle entre le dispositif de projection et la surface des tambours.
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Le dispositif de projection 26 comporte un tuyau qui communique à son autre extrémité avec l'extrémité de sortie d'une chambre de combustion et de chauffage, qui contient un brûleur à gaz à flamme libre dans lequel on peut faire arri- ver de l'air et du gaz d'éclairage de ville ou du gaz naturel en quantités appropriées. L'extrémité d'entrée de la chambre communique avec le côté du refoulement d'une soufflante.
Pendant que les tambours 10 et 11 tournent leurs portions qui portent les couches thermoplastiques 19 et 21 pénètrent, dans la zone de chauffage délimitée par l'extrémité; ouverte du' dispositif de projection 26. La couche thermoplas- tique subit dans cette zone l'action d'un jet à grande vitesse d'un fluide gazeux chaud, qui ne chauffe que les couches ther- moplastiques à leur température de fusion, tandis que le reste de la matière en feuille reste à une température sensi- blement inférieure à sa température de fusion ou de détério- ration, suivant le cas. La température de l'air chaud qui s'écoule à une vitesse linéaire comprise entre environ 1220 et 3050 m/min. est comprise entre environ 315 et environ 538 C et de préférence entre environ 343 et 427 C.
Le jet de gaz ou air chaud servant à chauffer les surfaces thermoplastiques constitue une caractéristique cri- tique de l'invention. Si la chaleur est transmise par des éléments de chauffage électriques ou par des dispositifsde chauffage par rayonnement tels que des lampes, non seulement la machine est plus compliquée et plus coûteuse, mais encore on constate que la valeur du coefficient de transmission de chaleur U qu'on peut obtenir n'est comprise qu'entre environ 2 et 10. Ce résultat est dû probablement au fait qu'une couche d'air immobile se rassemble sur la surface de la couche et exerce une action isolante entre la source de chaleur et la couche formant la bande.
Hais on remédie à cet inconvé-
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nient en choisissant comme fluide de chauffage un jet d'air à grande vitesse qui, en raison des conditions d'écoulement turbulent à la surface de la couche thermoplastique, dis- perse les couches immobiles d'air isolant. On peut ainsi obtenir des valeurs de U atteignant environ 50 à 60, qui sont nécessaires pour permettre à l'ensemble de la couche de fondre sans que la matière la plus voisine de la source de chaleur se décompose.
Il y a lieu de remarquer en particulier à ce pro- pos que c'est le jet de gaz ou d'air à grande vitesse rencon- trant la surface de la couche thermoplastique qui permet d'obtenir les résultats extrêmement avantageux précités.
En d'autres termes, le fluide de chauffage doit suivre à grande vitesse une direction de préférence perpendiculaire à la surface de la couche et en aucun cas inclinée de plus de 60 par rapport à la normale. On constate qu'on ne peut pas obtenir les résultats qu'on désire avec un fluide de chauffage suivant une direction sensiblement tangentielle à la surface de la couche et. une valeur élevée de U, proba- blement parce qu'en le faisant circuler de cette manière, il ne dérange pas la couche isolante d'air immobile adjacente à la surface de la matière plastique. Une vitesse du cou- rant d'air inférieure à 1220 m/min. ne doit pas être choisie, pour une raison tout à fait analogue, car on a constaté qu'à cette vitesse le coefficient de transmission de chaleur U diminue très rapidement.
D'autre part, les vitesses du cou- rant d'air supérieures à environ 3050 m/min. (un peu plus élevée pour des plastisols plus visqueux) ne sont générale- ment pas avantageuses, malgré une augmentation éventuelle du coefficient de transmission de chaleur U, du fait qu'à cette vitesse la couche de matière thermoplastique fondue se ride, en risquant de former des ondulations dans la sur-
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face thermoplastique mûrie.
Machine à stratifier des bandes-mousse avec des bandes thermoplastiques.
La figure 2 représente une autre machine fonction- nant par le procédé de l'invention, de façon à réunir des bandes-mousse élastiques à des bandes thermoplastiques.
On recouvre d'abord la surface de la bande-mousse 37 à réunir avec une pellicule mince d'un plastisol, par exemple au moyen d'un dispositif à rouleaux 30, puis on fait passer la bande-mousse recouverte de plastisol dans la zone de ser- rage de tambours de stratification 31 et 32 sur une courroie en tôle d'acier 36. Cette courroie sans fin passe entre des rouleaux 33 et 34 et sur le tambour 31. La bande thermoplas- tique 38 qui forme la portion extérieure du stratifié pro- venant d'une bobine débitrice (non représentée) passe sur la partie supérieure du tambour 31 et pénètre dans la zone de serrage du tambour avec la bande-mousse.
Avant de pénétrer dans la zone de serrage, les surfaces à réunir subissent l'action d'un jet de gaz chaud sortant d'un dispositif de projection de chauffage 35, semblable à celui qui est décrit avec la figure 1 à l'appui, à part la forme de l'orifice. La forme de la plaque à orifices est semblable à celle du tam- bour 32 et d'une portion de la courroie en toile métallique.
Les rouleaux 31 et 32 sont montés et construits de la même manière que les rouleaux 10 et 11 de la machine à stratifier les courroies décrite ci-dessus.
Le stratifié de la bande mousse 37 et de la bande 38 sortant de la zone de serrage des tambours 31 et 32 et encore supporté par la courroie subit l'action d'un courant d'air à température plus basse pendant un temps suffisant pour lui permettre de se refroidir. Le stratifié refroidi n'a plus besoin d'être supporté par la courroie en toile métallique
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et arrive sur une bobine réceptrice, non représentée. On peut faire subir aux produits ainsi fabriqués une opération de repoussage pour former des empreintes sur la surface des bandes.