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ayant pour objet : " PROCEDE ET APPAREIL D'EXTRUDAGE DE PELLICULES
TUBULAIRES ",-
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La présente invention est relative à un procédé et à un appareil pour orienter une pellicule en Salière polymère thermoplastique de forme tubulaire. Elle concerne, en parti- culier, un procédé et un appareil perfectionnés pour dilater ou expanser une pellicule de forme tubulaire, de manière à l'orienter.
On connaît un procédé continu pour extruder, refroidir et orienter ensuite une pellicule en matière polymère thermo- @ plastique. Ce procédé continu consiste, en particulier, à ex- truder le polymère fondu sous la forme d'une feuille tubulaire,' à faire passer cotte feuille tubulaire extrudée dans une zone de refroidissement brusque dans laquelle la feuille est refroi.
die rapidement à une température inférieure à celle qu'elle présente dans son état de formation, à fairepasser un gaz dans la feuille tubulaire à un débit suffisant pour maintenir dans cette feuille tubulaire une pression empêchant un affaisse- ment ou écrasement de la feuille pendant que celle-ci est re- lativement froide, mais assurant une expansion ou dilatation de la feuille tubulaire, lorsque celle-ci est chauffée à une température comprise dans la gamme des températures d'orienta- tion, et à faire passer ensuite la feuille tubulaire dans une zone dans laquelle elle est chauffée à une température comprise dans la gamme des températures d'orientation, en manière telle que la feuille tubulaire soit dilatée et ainsi orientée,
Un problème qui se pose dans un tel procédé est celui consistant à empêcher que la feuille tubulaire fondue soit
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chassée, immédiatement après extrusion, du dispositif de re- froidissement brusque, ce qui entraîne des ruptures ou écla- tements dans la feuille tubulaire continue* La présente inven- tion a, en particulier, pour objet des moyens pour isoler la pression utilisée pour dilater la pellicule tubulaire, lors*- que la température de cette pellicule est comprise dans la gamme des températures d'orientation, par rapport A la sont dans laquelle la pellicule est encore à l'état sensiblement fondu,
c'est-à-dire ne présente pas encore une f ortie stable@'
D'autres objets de l'invention ressort iront de la description détaillée suivante,
Conformément à l'invention, on utilise un collier spécial autour d'une surface, en combinai.on avec un orifice permettant de relâcher la pression et ménagé dans ladite sur face, le collier étant disposé entre la zone d'expansion, en aval de celle-ci, et le début de la zone de refroidissement brusque,en amont de celle-ci, tandis que l'orifice de relâche* ment de la pression se trouve entre ledit coller et le début de la zone de refroidissement brusque,
le collier étant con- stitu6 d'une bague annulaire comportant un prolongement élas- tique et pneumatiquement déformable, ce prolongement faisant dans sa position relâchée, un angle obtus avec la partie d'a- mont de la surface en question. Un gaenant de la sono d'ex- pansion ou de dilatation qui pourrait retourner vers la zons d'extrusion agit de manière à déformer le prolongement élas- @ tique susdit, de manière à l'amener en contact périphérique ¯!aise avec la surface intérieure du tube, Ainsi, le gaz est mise dans l'imposibilité de s'écouler vers l'arrière,
L'invention sera illustrée davantage dans la description détaillée suivante, dans laquelle il est fait référence aux dessins ci-annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue en élévation schématique montrant un appareil pour extruder, refroidir brusquement,
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chauffer et dilater une pellicule tubulaire - la figure 2 est une vue en élévation latérale d'un type de collier élastique et déformable que l'on peut utiliser suivant la présente invention;
la figure3 est une vue en élévation latérale d'un autre type de collier élastique eéformable utilisable con- formément à la présente invention, et .. les figures 4 et 5 sont des vues en élévation et en plan fragmentaires d'une forme préférée de collier,
A la figure 1, une matière polymère fondue sort, de manière continue, de l'ouverture annulaire (formée entre le noyau 11 et la lèvre 12 de la filière circulaire) sous forme d'une pellicule tubulaire 10, qui est refroidie jusqu'à un état dans lequel elle présente une forme stable, par passage sur un mandrin de refroidissement intérieur 13 de section transver- sale circulaire,
avec lequel cette pellicule tubulaire est en contact* Le mandnin 13 est pourvu depassages hélicoïdaux in- ternes 16 dans lesquels on fait circuler un agent de refroi- dissement. Le mandrin de refroidissement 13, qui est, de préfé- rence, en un métal fortement conducteur de la chaleur, peut présenter une section transversale allant en diminuant dans la direction d'avancement de la pellicule, de façon à diminuer, les forces d'entraînement dues au rétrécissement de la pelli- cule tubulaire pendant son refroidissement. La pellicule tubu- laire 10 est amenée à avancer sur le mandrin 13 par la traction exercée cens l'intervalle de pinçage du dispositif d'avance** ment constitué par deux rouleaux entraînés 14,
qui sont de préférence garnis de caoutchouc et qui se trouvent à l'extérieur de la pellicule tubulaire 10, chacun de ces rouleaux étant en contact tangentiel avec un rouleau fou en métal 15 qui coopère avec le rouleau 14, est éventuellement garni de caoutchouc et est avantageusement monté sur un prolongement du mandrin de re- froidissoment 13.
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L'avancement de la pellicule sur le mandrin de refroi- dissement peut se faire efficacement par divers moyens font. tionnellement équivalents, par exemple t (1) par l'emploi de quatro rouleaux entraînée garnis de caout- chouc, disposés en carré autour du mandrin 13, chacun de ces rouleaux coopérant avec un rouleau fou ou libre correspondant 15;
ou (2) par l'emploi de deux ou plus de deux rouleaux entraînés 14 garnie de caoutchouc et pressant la pellicule tubulaire 10 directement contre la surface du mandrin 13;ou (3) par l'emploi do trois ou plus de trois courroies entraînées, garnies de caoutchouc et disposées à l'extérieur de la pellicule tubulaire 10, chacune de ces courroies coopérant avec un train de rouleaux fous montée sur un prolongement du Mandrin, comme décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n* 3.022.928.
Le collier en caoutchouc 17, qui est partiellement déformé, à la figure 1, à cause de la pression du gaz fourni à la zone d'expansion ou de dilatation se compose d'une bague annulaire comportant un prolongement qui l'entoure complètement et qui est habituellement moulé en une pièce avec la bague en matière élastique et pneumatiquement déformable, La partie seil- lante ou prolongement extérieur du collier fait, dans se posi- tion relâchée, un angle obtus avec la surface d'amont du man- drin. Le prolongement peut être sensiblement droit ou courbé comme on le voit sur le dessin.
Lorsqu'il est dévié dans une direction allant, de manière générale, vers l'amont le collier 17 est en contact par sa périphérie avec la surface intérieure de la pellicule tubulaire 10 qui avance, tandis qu'il coopère avec la rainure 19 de forme annulaire qui sort à relâcher la pression.
Une série de trous radiaux 21 font communiquer la rainure annulaire 19 avec un collecteur circulaire 29 qui est, 1 de à son tour, relié à une conduite de2 . La conduite 20 peut être reliée à une source de vide ou peut éventuellement être
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en communication avec l'atmosphère, Ceci sort à isoler effecti- vement la matière polymère fondue faiblement résistante au voisinage de Ma face do la filière, vis-à-vis des pressions de soufflage existant en aval du collier 17.
Par passage dans un dispositif de chauffage cylindri- que et concentrique 22, la pellicule tubulaire 10 est chauffée à une température comprise dans la gamme des températures d'o- fientation, c'est-à-dire à une température à laquelle elle peut être façonnée, cette température étant cependant inférieure à la température de fusion de la pellicule, de façon que cette pellicule subisse, sous l'effet de la pression gazeuse interne fournie par la conduite 23, une expansion ou dilatation jusqu'à venir en contact avec la bague de refroidissement brusque con- centrique 24, dans laquelle sont métissés des passages héli- coldaux internes (non montrés)
permettant d'y faire circuler un agent de refroidissement* Le passage de la pellicule tubu- laire dilatée ou gonflée dans la bague de refroidissement 24 sort à refroidir cette pellicule à une température à laquelle elle présente à nouveau une forme stable. La pellicule est alors écrasée, de façon à former un tube aplati, par passage entre des rouleaux de rinçage 25 qui tournent en sens contraire.% A partir de ces rouleaux, la pellicule est avantageusement tirée et en- roulée sous forme d'un tube aplati.
Ou bien, elle peut être coupée aux deux plis et enroulée sous forme de deux couches ou bandes plane distinctes de pellicule*
Bien que ce dispositif ne soit pas représenté à la fi- gure 1 un dispositif de chauffage monté concentriquement dane la pellicule tubulaire 10, sur un prolongement thermiquement isolé du mandrin 13 peut être utilisé avec profit, seul ou en combinaison avec le dispositifde chauffage extérieur 22, pour réchauffer la pellicule tubulaire 10.
Lorsqu'on désire une orientation biaxiale de la pelli- cule tubulaire 10, les rouleaux de pinçage 25 tournent en sens
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contraires! une vitesse linéaire supérieure à colla des rou- leaux de pinçage du dispositif d'avancement de la pellicule.
Cependant, lorsqu'on ne désire pas soumettre la pellicule tu- bulaire à un allongement longitudinal, les rouleaux 25 peuvent tourner en sens contraires à la même vitesse linéaire que les rouleaux du dispositif d'avancement de la pellicule. En faite les rouleaux de pinçage 25 peuvent, en l'absence des rouleaux d'avancement 14 et 15, agir seule pour faire avancer la pelli- cule tubulaire à partir de la filière,
A la figure 2, un collier en caoutchouc spécialement moulé 17 est maintenu en place par l'évidement annulaire étran- glé formé entre le prolongement 13a du mandtin et le mandrin 13, dans lequel ce prolongement 13a est vissé.
L'effet d'un vide appliqué dans la rainure annulaire 19 servant à relâcher la pression ost de maintenir la pellicule tubulaire 10 en con- tact, par sa périphérie, avec le prolongement extérieur du col- lier en caoutchouc 17, cette partie du collier 17 s'étendant radialement vers l'extérieur du mandrin et dans une direction- allant, de manière générale, vers l'aval c'est-à-dire dans la direction de déplacement de la pellicule tubulaire 10, ladite partie du collier 17 présentant un aspect généralement concave ou formant un angle aigu vers l'aval, c'est-à-dire vers la zone de dilatation ou de gonflement, tandis qu'elle présente un as- pect convexe ou forre un angle obtus vers l'amont.
Si le diamètre de la pellicule tubulaire 10 diminue légèrement, pendant que cette pellicule passe sur la partie foré- mant "lèvre" du collier en caoutchouc 17 en étant en contact par sa périphérie avec cette partie, éventuellement à la suite d'une augmentation momentanée de la tension d'entraînement, le collier élastiquement déformable est capable de s'infléchir vers l'intérieur et vers le mandrin, de façon à s'adapter à ce changement de diamètre.
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tne augmentation de la pression gazeuse de gonflement en aval du mandrin a pour effet de déformer la lèvre du collier 17 à la fois vers l'extérieur et dans une direction allant,de manière générale, vers l'amont, en sorte que le contact péri- phérique .avec la surface intérieure de la pellicule tubulaire 10 reste maintenu, de manière à empêcher que la pression de gonflement s'étende vers l'aval*
La figure 3 montre une variante du collier en caout- chouc représenté à la figure 2, Dans cette variante la surface de contact périphérique du collier avec la surface intérieure de la pellicule tubulaire est augmentée*
Les figures 4 et 5 montrent, à plus grande échelle,
respectivement en élévation et en plan, des vues fragmentaires d'une forme d'exécution préférée du collier en caoutchouc'mon- tré aux figures 2 et 3. Un ressort circulaire 18 est maintenu en place dans l'évidement étranglé formé entre le mandrin,l et le prolongement 13a de celui-ci, grâce aux forces de récupéra- tion élastiques exercées par la partie intérieure du collier en caoutchouc 17, qui a été mise en place sous une légère compree- sion, lors de l'assemblage des constituants du mandrin, le ressort 18 étant mis en place.
Ce ressort circulaire 18, dont la forme est telle qu'il s'adapte à la partie généralement concave du collier en caoutchouc 17. est avantageusement formé, d'une seule pièce en métal élastique et comprend une partie intérieure circulaire et continue 18a et une partie extérieure segmentée 18b. Si le diamètre de la pellicule tubulaire 10 di- minue, les forces de récupération élastiques dont les segments 18b sont le siège s'ajoutent à l'élasticité normale de la livre du collier en caoutchouc 17 pour résister à la force de com- pressioi due au rétrécissement diamétral de la pellicule tubu- laire.
Par ailleurs, le fait qu'aucune partie du ressort air-,- culaire 18 n'est liée au collier en caoutchouc 17 fait en aorte
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que la lèvre extérieure de celui-ci est libre de se déformer vers l'extérieur et dans une direction allant, de manière gêné** raie, vers l'amont, à la suite d'une augmentation de la pression de gonflement gazeuse en aval de cette lèvre, comme décrit plue haut.
Un autre avantage des segmente 18b réside dans le fait qu'ils peuvent être déferais de manière non élastique, par fléchissement vers l'extérieur, de façon à tendre la périphé- rie de la lèvre extérieure du collier en caoutchouc 17, ce qui assure un contact périphérique uniforme de ce dernier avec la surface intérieure de pellicules tubulaires présentant des dia- mutées légèrement supérieurs à ceux pour lesquels le collier a été moulé spécifiquement*
Le collier en caoutchouc suivant la présente invention est relativement peu coûteux et facile à monter.
Il répond di- rectement aux variations de la pression gazeuse dans la zone de gonflement et n'exige aucune source auxiliaire de fluide sous pression, ni aucun dispositif de commande ou de réglage sensi- ble à des signaux pour être efficace,
Bien qu'à la figure 1, on ait représenté un dispositif dans lequel la matière polymère fondue est extrudée en direc- tion ascendante dans un procédé vertical, l'invention peut aussi être appliquée dans un procédé horizontal ou dans un pro- cédé vertical dans lequel l'extrusion de la matière polymère fondue se fait en direction descendante.
Lorsque la filière circulaire tourne pour répartir au hasard les inperfectione dans l'épaisseur de la pellicule tubu- laire, le mandrin peut éventuellement tourner avec la filière ou ne pas tourner avec celle-ci. En tout cas, lorsque le mandrin tourne et qu'une vitesse initiale d'avancement de la pellicule est assurée, deux ou quatre rouleaux fous 15 peuvent avantageu- sement être montés sur un manchon entourant le mandrin et dans lequel ce mandrin peut tourner librement, grâce à un agencement
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de paliers ou roulements à billes, le manchon étant maintenu fixe par la pression des rouleaux garnis de caoutchouc et en traînée 14 contre les rouleaux fous 15.
A La figure 1, le oollier en caoutchouc 17 et la rain- ture annlaire 19 de relâchement de la pression sont montés en- tre la filière circulaire et le dispositif d'avancement de la pellicule. Il s'agit là d'une position préférée de ces deux parties constituantes du.dispositif suivant l'invention, au point de vu'! de la commodité de conception de l'appareillage.
Cependant, Le collier et la rainure peuvent avantageusement remplir leur fonction d'isolement de la pression, lorsqu'ils se trouvent sur le prolongement du mandrin en aval du diepo- aitif d'avancement de la pellicule.
Un grande variété de polymères thermoplastiques ont été transformés avec suscès en pellicules tubulaires sur un appareil conçu selon l'une ou l'autre des variantes de l'in- vention. Parai ces polymères, on peut citer le polyéthylène ramifié de faible densité, le polyéthylène linéaire de densité élevée, les mélanges de polyéthylène ramifié !et de polyéthylène linéaire le polypropylène linéaire isotactique, le chlorure de polyvinyle, le fluorure de polyvinylidène, les polyamides,
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les copolymllree d'éthylène et de propylène, de butène-1 d'a. cétate de vinyle ou d'acrylate d'éthyle; les polyesters linéai- res, tels que le téréphtalate de polyéthylène;
les copolymères
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de tétrafluréthylëne avec de l'hexafluorpropylène; les copoly- mères d'hexitfluorpropylène et de fluorure de vi.nylidëne, ainsi que les copolymères de chlorure de vinyle et d'acétate de vinyle.
A cause des diverses applications dans lesquelles des pellicules de ce grand nombre de polymères thermoplastiques sont utilisées, il est inévitable que ces polymères puissent ou doivent titre additionnés, avant extrusion, d'une grande va- riété d'agents modificateurs de nature organique ou inorganique, utilisés seule ou en combinaison.
Parmi ces agents modificateurs
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on peut citer des antioxydants,des agents formant écran vis- à-vis de la lumière ultra-violette, des agents de stabilisation thermique, des agents favorisant le glissement, des agents d'ignifugation, des plastifiante (fugitifs ou permanents), des charges visant à rendre la pellicule conductrice de l'électri- cité, à en réduire la brillance, à créer divers effets de co- loration et/ou d'opacité ou à modifier certaines propriétés phy- siques.
Dans les procédés de fabrication de pellicules tubu- laires, dans lesquels l'invention est mise en oeuvre, le col- lier flexible est en contact continu avec frottement, avec la surface intérieure de la pellicule. C'est pourquoi, ce collier doit présenter à la fois les qualités voulues de dureté, d'é- lasticité et de flexibilité qui sont nécessaires pour qu'ils puisse résister à l'action continue des agents modificateurs susmentionnée, qui sont inévitablement présente à la surface des pellicules tubulaires et qui peuvent avoir pour effet de rendre cassant de ramollir, d'user ou de corroder autrement le collier,
De nombreux élastomères qui peuvent Atre avantageuse- ment additionnés d'additifs convenables et moulés ,
de manière à résister aux diverses conditions de fabrication qui peuvent se présenter sont disponibles. Parmi ces élastomères, on peut citer les isoprènes (naturel et synthétique), le néoprène les caoutchoucs polysulfures les caoutchoucs butadiène/nitrile, les caoutchoucs butadiène styrène, les caoutchoucs un silicone, les caoutchoucs au polyuréthane, tels quo ceux vendus sous la dénomination commerciale "Adiprene" x, les caoutchoucs de poly- acrylate, les caoutchoucs do polyisobutylène et les fluoroélas- tomères, tels que ceux vendus dans le commerce sous le nom "Viton" @ (* marques de la société E.I.
DU PONT DE NEMOURS AND CO., Inc.)
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En utilisant un appareil de fabrication du type re- présenté t la figure 1 et des colliers en caoutchouc des types montrés au:): figures 2 à 5, des pellicules tubulaires biaxiale- ment orientées ont été fabriquées avec succès à l'aide de divers polymères* tels que du téréphtalate de polyéthylène, du poly- éthylène linéaire de densité élevée, du polyéthylène ramifié de faible densité, des mélanges de polyéthylènes de densité élevée et de densité faible, du polypropylène linéaire isotac- tique, divers polyamides linéaires, du fluorure de polyvinyle, des copolymères de tétrafluoréthylène et d'hexaflucréthylène, des copolymères d'éthylène et notamment de butène-1,
d'acry- late d'éthyle et d'acétate de vinyle, du chlorure de polyvinyle et des copolymères do chlorure de vinyle et d'acétate de vinyle,
Au cours de ces opérations, les polymères ont été traités à les débits allant de 2,265 à 113,25 kg par heure sur des mandrins de refroidissement tronconiques présentant un diamètre nominal de 5 cm à 22,5 cm, à des vitesses initiales d'avancement comprises entre 0,66 et le,3 mètres par minute et avec des pressions gazeuses dans la zone de gonflement tubu- laire comprises entre 1,25 et 75 cm de colonne d'eau,
Ces pressions de gonflement dans la pellicule tubu- laire ont été isolée$ avec succès de la matière polymère fondu* se trouvant au voisinage immédiat de la filière circulaire, par l'action combinée de la pression inférieure à la pression stmés- phérique qui agit sur la rainure annulaire de relâchement de la pression et du contact périphérique du collier en caoutchouc flexible avec la surface intérieure de la pellicule tubulaire. ce contact étant maintenu en réponse directe & des changements se produisant dans les pressions gazeuses dans la zone de gon- flement ot de dilatation*