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Nouveau procédé d'étirage transversal de pellicules et machine pour sa mise en oeuvre.
La présente invention a pour objets un procédé con- tinu d'étirage transversal de pellicules de grande longueur et une machine pour la mise en oeuvre de ce procédé.
On sait que les pellicules fabriquées à partir de nom- breuses matières plastiques, notamment à partir de matières ther- moplastiques telles que les polyesters téréphtaliques, doivent pour de nombreuses applications subir un étirage dans deux directions rectangulaires pour acquérir les propriétés mécaniques indispen- sables pour ces applications. Généralement, lorsqu'on opère sur des pellicules planes, on effectue cet.étirage "biaxial" en deux @ opérations successives. On peut étirer les pellicules longitudina- @ lement d'abord, et transversalement ensuite, mais on peut aussi les étirer transversalement, d'abord, et longitudinalement ensuite.
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L'invention a pour objet un moyen d'étirage transver-. sal de telles pellicules, moyen remarquable par les avantages sui- vants : (1) la machine suivant l'invention est particulièrement économique d'utilisation, car tous les frottements entre la pelli- cule de grande longueur et les organes de' cette machine sont éli- minés, si bien que la dépense d'énergie nécessaire à son fonction- nement est réduite .;
(2) un défaut local de la pellicule, tel qu'une déchirure ou un trou, n'a aucune tendance à se propager au cours de l'étirage transversal, ce qui évite de rebuter des lon- gueurs de pellicule considérables (3) la machine est auto-amor-' çable, et il est inutile de rabouter la bande à étirer après une bande déjà étirée déjà en place à la mise en fonctionnement de la machine ; et (4) les bandes marginales non utilisalbes et devant être découpées sont très réduites. Ces avantages sont tels que l'in- vention constitue un progrès important dans les techniques d'éti- rage transversal des pellicules.
Le procédé d'étirage transversal de pellicules suivait l'invention est notamment remarquable en ce qu'on fait passer des ' bandes latérales minces de la pellicule, jouxtant ou non les bords de celle-ci, sur au plus la moitié des circonférences de deux roues dentées non parallèles qui tournent à la même vitesse périphérique, en appliquant les dites bandes sur les dents des dites roues au mo- yen de pignons dentés pouvant être pressé contre ces roues par un dispositif élastique, tel qu'un ressort, ou pouvant être montés à une distance fixe des dites roues en ménageant un jeu entre les dents suffisant pour le passage de la pellicule.
Chacune des bandes latérales se trouve ainsi gaufrée et laminée entre la roue et le pignon correspondant ; elle subit de ce fait un étirage longitudinal dans le rapport du périmètre total de la roue dentée, dentures comprises, à celui de la circon- férence primitive de cette roue ; cet étirage est, par exemple, de
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l'ordre de trois à un.
Ce gaufrage.a un double objet : il consti-. : tue un moyen d'accrochage de la bande sur les roues dentées, qui étirent ensuite transversalement la pellicule par suite de leur @ non-parallélisme ; d'autre part, ce traitement physique localisé dans les bandes latérales accroît considérablement la résistance mécanique de celles-ci, qui supporteront donc sans risque-de dé- chirure les contraintes d'extension transversale.
La'machine suivant l'invention, destinée à la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, comprend essentiellement en combi- naison sur un bâti commun : une paire de cylindres d'entrée, gui- dant l'introduction de la pellicule dans la machine ; deux roues ,dentées non parallèles et entraînées à la même vitesse périphé- rique, par exemple par un mécanisme à double cardan et deux pignons engrenant avec ces roues dentées, à raison de un par roue, pour imprimer les gaufrages marginaux.
Suivant un mode de réalisation particulièrement avan- tageux, cette machine comprend aussi une ou plusieurs paires de @ pignons de guidage engrenant avec les roues dentées, ces pignons ' étant disposés par rapport aux roues dentées de la même façon que ' les pignons imprimant le gaufrage des parties marginales. Ces pignons ont pour rôle d'empêcher les gaufrages de se décoller des dentures des roues sous l'action de l'effort de traction trans- versai.
Il est également avantageux que la machine comprenne, entre les deux roues dentées non parallèles, une surface cyline drique lisse, à section droite elliptique, ayant comme directrices les demi-circonférences primitives des roues dentées constituant ! les surfaces d'accrochage et que cette surface puisse être chauf- fée de façon non uniforme. Cette surface lisse guide la partie centrale de la pellicule et évite une cambrure possible. Avec cer- ' tains types de pellicules, il est utile de commencer et de finir l'étirage à froid, la partie médiane de l'opération étant effectuée
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à chaud.
Au dessin annexé qui illustre l'invention.
- la fig. 1 représente schématiquement, en vue longi- tudinale, une installation d'étirage transversal utilisant la ma- chine suivant l'invention ; - la fig. 2 représente, à plus grande échelle, la ma- chine en plan, avec arrachements partiels ; - la fig. 3 représente, vue suivant la flèche 3 de la fig. 2, la fixation d'un pignon de gaufrage et d'un pignon de main- tien par rapport à la roue dentée correspondante, avec les dispo- si tifs médians de support ;' - les fig. 4 et 5 représentent, en coupe transversale et en vue longitudinale la section transversale et le profil longi- tudinal de la pellicule gaufrée en début d'étirage ; et - la fig. 6 représente, en coupe transversale et à la même échelle que celle de la fig. 4, la pellicule en fin d'étirage transversal.
L'installation d'étirage transversal utilisant la ma- chine suivant l'invention comprend un poste de fabrication d'éti- rage longitudinal préliminaire, ou de magasinage, schématisé par un rouleau 11 débiteur (Fig. 1), d'où sort la pellicule 1. Celle- ci passe entre deux cylindres d'entrée 2,2' (fig. 1 et 2), puis - elle arrive tangentiellement sur deux roues dentées, 3,3' (fig. 1 et 2) faisant entre elles un angle de l'ordre de 40 . Sur les. roues dentées sont disposés un grand nombre de petite pignons, tous montés de la même façon, à savoir les pignons 4,4' gaufreurs-et les pignons 5a,...., 5f, 5'a,....5'f servant de guides et em- pêchant la pellicule 1 en cours d'étirage transversal d'échapper des roues 3, 3'.
Après avoir quitté la roue 3 et la roue 3' sy- métrique, la pellicule 1, maintenant étirée, quitte tangentielle- ment la roue 3 et la roue 3' symétrique,'puis passe entre deux rou- !
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leaux 6, 6' de sortie. La pellicule étirée transversalement est conduite à un poste d'étirage longitudinal de magasinage ou d'uti- lisation, schématisé par un rouleau récepteur 7.
A la fig. 2, qui représente en détail les organes fondamentaux de la machine, on voit le bâti 10, 10', le cylindre
2 d'entrée, le cylindre 6 de sortie, et une petite partie des roues dentées 3, 3' (à travers les arrachements). La roue 3 est entraînée en rotation par un moteur 21 (fig. 1) par l'intermé- @ diaire d'un réducteur de vitesse attaquant,la denture de la roue 3.,
La roue 3 et la roue 3' symétrique tournent à la même vitesse et sont reliées à cet effet par un double cardan 22, 22' (qui pourrait' @ être remplacé par une chaîne cinématique équivalente, à engrenages par exemple)..
Chacune des roues 3, 3' est surmontée d'une série de @
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pignons, telle que .,5a,...., 5f, 4',5'a,....., 5'f dont le nombre peut varier. Ces pignons sont identiques et les profils de leurs . dents conjugués de ceux des roues 3,3'. Les dentures des diverses @ roues et pignons sont très fines à titre d'indication, elles peuvent avoir cinq cents dents au module de 0,5 mm pour des dia- mètres primitifs de 250 mm. Ces dentures peuvent être droites, hélicoïdales ou à chevrons, mais il est préférable que les profils , choisis forment des dents d'épaisseur décroissante depuis leur base jusqu'à leur sommet, sans renflement au voisinage de la cir- donférence primitive pour que la pellicule se décroche facilement des dents à l'endroit opportun.
Ces divers pignons sont montés comme l'indique la fig. 3. Sur un support fixé au bâti est article en 23 un levier 13 oscillant formant un dispositif médian de sup- port. Le pignon 4 (ou 5a, ...., 5f) est porté par un axe 24 fixé au levier 13 par une chape 13a. Un ressort 14 presse le pignon 4 sur la roue 3, si bien que la pellicule 1 passant entre la roue 3 et le pignon 4 soulève légèrement celui-ci à l'encontre du ressort 14.
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Ceci permet d'étirer des pellicules d'épaisseurs différentes sans modifier la machine.
Pendant son étirage, la pellicule est soutenue entre les bandes gaufrées par une surface cylindrique 16 (fig. 2) à sec- tion droite elliptique, telle que les prolongements des génératrices s'appuient sensiblement sur les circonférences primitives des roues 3,3'. Cette surface 16 est lisse et peut être en métal poli, mais il est préférable qu'elle soit formée par un tissu mince en fibres de verre (qu'on a arraché à la fige 2) recouvrant des blocs, tels que 17 a, 17b, 17c, 17d, au nombre d'une dizaine, fabriquées en laiton au autre métal bon conducteur de la chaleur. Les blocs voi- sins de la partie centrale, tels que 17d et 17e, sont creux et une résistance électrique isolée est placée dans chacunede ces cavités.
Sedvant la nature chimique de la pellicule traitée, il peut être nécessaire de chauffer celle-ci en cours d'étirage ; mais il est avantageux que le début et la fin de l'étirage s'effectuent à froid et que la pellicule sorte froide de la machine. C'est pour- quoi on a disposé des blocs chauffants réglables séparément, et des blocs extrêmes dépourvus de moyen de chauffage. On a d'ailleurs intérêt à réduire ce chauffage le plus possible ; il peut même être totalement supprimé avec certaines natures de pellicules. Le tissu 16 de fibres de verre constitue'une surface à faible coeffi- cient de friction pour la pellicule 1. Etant mince, il ne constitue pas une barrière thermique notable entre la pellicule et les blocs métalliques.
La surface d'accrochage de la pellicule sur les roues- dentées est considérable, puisque sa longueur approche le demi- périmètre d'une de ces roues, qui est d'ailleurs plusieurs fois supérieur à le demi-longueur de la circonférence primitive de ces .roues par suite de la présence des dents. La pellicule est donc convenablement étirée transversalement, sans perdre de longueur, puisqu'elle est maintenue sur la surface cylindrique à section
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droite elliptique, et l'étirage n'oppose qu'une faible résistance ! à l'avance de la pellicule, par suite de la suppression.des pinces i d'accrochage existant dans les appareils analogues habituellement utilisés. Il en résulte que la machine peut être entraînée par un moteur de faible puissance.
Un avantage très important de l'inven- , tion est qu'un défaut local d'une partie quelconque de la pelli;- cule ne provoque pas de défaut persistant dans la suite de la bande du fait du passage'dans la machine de l'invention. Grâce à la mul- ! tiplicité des points d'accrochage le long de la pellicule, un dé- j faut, tel qu'une déchirure ou un trou, reste localisé, et on l'élimine en coupant seulement une petite partie de la bande.
Un autre avantage de l'invention est que la machine d'étirage s'amorce d'elle-même : il suffit, en effet, d'engager @ dans les premières dents un morceau de la pellicule non étirée et de mettre le moteur en marche. Il n'est pas nécessaire de dis- poser d'une amorce déjà étirée qu'on doit mettre en place dans la machine avant la mise en marche, comme cela se produit avec d'au- . tres machines d'étirage.
La fig.4. montre une coupe transversale de la pelli- cule au début d'étirage avec ses gaufrages marginaux tels que 15, et la fig. 5 montre la même pellicule, vue par la tranche. La fig. 6 est le coupe transversale de la même pellicule après éti- @ rage.
Le mode de réalisation décrit ci-dessus ne comporte @ pas de réglage de l'angle d'étirage,a, formé par les roues 3,
3' symétriques. On peut réaliser une machine dans laquelle cet angle peut prendre plusieurs valeurs, suivant la nature de la pellicule étirée. Dans une telle machine, le bâti est articulé en , deux parties, mobiles l'une par rapport à l'autre comprenant cha- cune une roue telle que 3 et sa série de pignons. Cet angle a peut .prendre un certain nombre de valeurs fixée d'avance, et on dispose
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d'un jeu de cylindres elliptiques recouverte de tissu de fibres de verre et interchangeables, correspondant à ces diverses valeurs de l'angle a, et remplissant pratiquement tout l'intervalle entre les roues pour les différentes valeurs de cet angle.
L'invention permet d'étirer transversalement des pelli-' cules fabriquées avec des matières plastiques filmogènes les plus diverses, telles que le polycaprolactame 'et les autres polyamides, l'acétate de cellulose et les autres esters cellulosiques, les polymères vinyliques, tels que les polymères d'a-oléfines, le chlorure de polyvinyle, et l'acétate de polyvinyle. Elle convient . tout particulièrement pour étirer les pellicules en polyesters li- néaires, tels que les polyesters téréphtaliques.
L'exemple suivant illustre encore l'invention.
EXEMPLE
On utilise la machine décrite ci-dessus, comprenant en tout onze pignons par grande roue dentée de 250 mm de diamètre primitif pour étirer une pellicule continue brute d'extrusion et fabriquée avec un polytéréphtalate d'éthylène glycol' et de 1,4- cyclohexanediméthanol. Cette pellicule a initialement 160 mm'de large et 130 d'épaisseur. Après passage dans la machine, cette pellicule présente une largeur de 310 mm, sans perte de longueur et son épaisseur est 70 u. La vitesse d'étirage est 0,80 m/mn, et la température de la partie centrale du cylindre elliptique est de 80 C environ, les parties extrêmes étant froides.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au, mode de réalisation décrit et représenté, choisi seulement qu'à titre d'exemples..
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New process for transverse stretching of films and machine for its implementation.
The present invention relates to a continuous process for the transverse stretching of films of great length and to a machine for carrying out this process.
It is known that films made from many plastics, especially from thermoplastic materials such as terephthalic polyesters, must for many applications undergo stretching in two rectangular directions in order to acquire the mechanical properties essential for this. these applications. Generally, when operating on flat films, this "biaxial" stretching is carried out in two successive operations. The films can be stretched longitudinally first, and then transversely, but they can also be stretched transversely first, and then longitudinally.
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The invention relates to a transverse stretching means. salt of such films, remarkable means by the following advantages: (1) the machine according to the invention is particularly economical in use, since all the friction between the film of great length and the members of this machine is eliminated, so that the energy expenditure necessary for its operation is reduced.;
(2) a local defect in the film, such as a tear or a hole, has no tendency to propagate during transverse stretching, which avoids wasting considerable film lengths (3) the machine is self-priming, and there is no need to join the strip to be stretched after a strip already stretched already in place when the machine is put into operation; and (4) the marginal bands not in use and to be cut are very small. These advantages are such that the invention constitutes an important advance in the techniques of transverse stretching of films.
The method of transverse stretching of films followed the invention is notably remarkable in that thin lateral strips of the film, whether or not adjoining the edges thereof, are passed over at most half of the circumferences of two non-parallel toothed wheels which rotate at the same peripheral speed, by applying said bands to the teeth of said wheels by means of toothed pinions which can be pressed against these wheels by an elastic device, such as a spring, or which can be mounted at a fixed distance from said wheels, leaving enough clearance between the teeth for the passage of the film.
Each of the side bands is thus embossed and rolled between the wheel and the corresponding pinion; it therefore undergoes longitudinal stretching in the ratio of the total perimeter of the toothed wheel, teeth included, to that of the original circumference of this wheel; this stretching is, for example, of
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the order of three to one.
This embossing has a double purpose: it constitutes. : kills a means of attaching the strip to the toothed wheels, which then stretch the film transversely due to their non-parallelism; on the other hand, this physical treatment localized in the lateral bands considerably increases the mechanical resistance of the latter, which will therefore withstand the stresses of transverse extension without risk of tearing.
The machine according to the invention, intended for carrying out the above process, essentially comprises in combination on a common frame: a pair of inlet rolls, guiding the introduction of the film into the film. machine; two wheels, toothed not parallel and driven at the same peripheral speed, for example by a double cardan mechanism and two pinions meshing with these toothed wheels, at the rate of one per wheel, to print the marginal embossings.
According to a particularly advantageous embodiment, this machine also comprises one or more pairs of guide pinions meshing with the toothed wheels, these pinions 'being arranged with respect to the toothed wheels in the same way as' the pinions printing the embossing. marginal parts. The role of these pinions is to prevent the embossments from detaching from the toothings of the wheels under the action of the transverse traction force.
It is also advantageous that the machine comprises, between the two non-parallel toothed wheels, a smooth cyline drique surface, with an elliptical cross section, having as guiding the primitive half-circumferences of the toothed wheels constituting! fastening surfaces and that this surface can be heated in a non-uniform manner. This smooth surface guides the central part of the film and prevents possible arching. With some types of dandruff it is useful to start and finish cold stretching with the middle part of the operation being done.
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hot.
In the accompanying drawing which illustrates the invention.
- fig. 1 schematically shows, in longitudinal view, a transverse stretching installation using the machine according to the invention; - fig. 2 shows, on a larger scale, the machine in plan, with partial cutouts; - fig. 3 is a view along arrow 3 of FIG. 2, the fixing of an embossing pinion and of a holding pinion relative to the corresponding toothed wheel, with the middle support devices; ' - fig. 4 and 5 show, in cross section and in longitudinal view, the cross section and the longitudinal profile of the embossed film at the start of stretching; and - fig. 6 shows, in cross section and on the same scale as that of FIG. 4, the film at the end of transverse stretching.
The transverse stretching installation using the machine according to the invention comprises a station for manufacturing preliminary longitudinal stretching, or for storing, shown schematically by a feed roller 11 (FIG. 1), from which comes the output. film 1. This passes between two input cylinders 2,2 '(fig. 1 and 2), then - it arrives tangentially on two toothed wheels, 3,3' (fig. 1 and 2) forming between them a angle of the order of 40. On the. Toothed wheels are arranged a large number of small pinions, all mounted in the same way, namely the 4.4 'embossing pinions and the 5a, ...., 5f, 5'a, .... 5' pinions f serving as guides and preventing the film 1 during transverse stretching from escaping from the wheels 3, 3 '.
After leaving the wheel 3 and the wheel 3 'symmetrical, the film 1, now stretched, leaves the wheel 3 and the wheel 3' symmetrical tangentially, then passes between two wheels!
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6, 6 'outlet water. The transversely stretched film is taken to a longitudinal stretching station for storage or use, shown schematically by a take-up roller 7.
In fig. 2, which shows in detail the fundamental parts of the machine, we see the frame 10, 10 ', the cylinder
2 input, the output cylinder 6, and a small part of the toothed wheels 3, 3 '(through the cutouts). The wheel 3 is driven in rotation by a motor 21 (fig. 1) by the intermediary of a gear reducer driving the teeth of the wheel 3.,
The wheel 3 and the symmetrical wheel 3 'rotate at the same speed and are connected for this purpose by a double cardan shaft 22, 22' (which could '@ be replaced by an equivalent kinematic chain, with gears for example).
Each of the wheels 3, 3 'is surmounted by a series of @
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pinions, such as., 5a, ...., 5f, 4 ', 5'a, ....., 5'f, the number of which may vary. These gears are identical and the profiles of theirs. teeth combined with those of the 3.3 'wheels. The teeth of the various wheels and pinions are very fine as an indication, they can have five hundred teeth with a modulus of 0.5 mm for pitch diameters of 250 mm. These teeth can be straight, helical or herringbone, but it is preferable that the profiles, chosen form teeth of decreasing thickness from their base to their top, without bulging in the vicinity of the primitive circumference so that the film can easily be detached from the teeth in the right place.
These various pinions are mounted as shown in fig. 3. On a support fixed to the frame is article at 23 an oscillating lever 13 forming a median support device. The pinion 4 (or 5a, ...., 5f) is carried by a pin 24 fixed to the lever 13 by a yoke 13a. A spring 14 presses the pinion 4 on the wheel 3, so that the film 1 passing between the wheel 3 and the pinion 4 slightly lifts the latter against the spring 14.
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This allows films of different thicknesses to be stretched without modifying the machine.
During its stretching, the film is supported between the embossed strips by a cylindrical surface 16 (Fig. 2) with an elliptical straight section, such that the extensions of the generators bear substantially on the pitch circumferences of the wheels 3,3 '. This surface 16 is smooth and can be made of polished metal, but it is preferable that it is formed by a thin fabric of glass fibers (which has been torn off with the pin 2) covering blocks, such as 17 a, 17b , 17c, 17d, ten in number, made of brass with another metal which is a good conductor of heat. The blocks adjacent to the central part, such as 17d and 17e, are hollow and an insulated electrical resistance is placed in each of these cavities.
Due to the chemical nature of the treated film, it may be necessary to heat the film during stretching; but it is advantageous that the beginning and the end of the stretching are carried out cold and that the film leaves the machine cold. This is why separately adjustable heating blocks and end blocks without heating means were arranged. It is also in the interest of reducing this heating as much as possible; it can even be completely removed with certain types of dandruff. The glass fiber fabric 16 provides a low friction surface for the film 1. Being thin, it does not provide a significant thermal barrier between the film and the metal blocks.
The surface of the film on the toothed wheels is considerable, since its length approaches the half-perimeter of one of these wheels, which is moreover several times greater than the half-length of the original circumference of these wheels. .wheels due to the presence of teeth. The film is therefore suitably stretched transversely, without losing length, since it is held on the cylindrical surface with cross section.
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elliptical straight, and the stretching opposes only a weak resistance! in advance of the film, as a result of the suppression.des grippers i existing in similar devices usually used. As a result, the machine can be driven by a low power motor.
A very important advantage of the invention is that a local defect in any part of the skin does not cause a persistent defect in the rest of the strip due to the passage through the machine of the film. 'invention. Thanks to the mul-! With the multiplicity of snagging points along the film, a gap, such as a tear or hole, remains localized, and is eliminated by cutting only a small portion of the tape.
Another advantage of the invention is that the stretching machine starts up on its own: it suffices, in fact, to engage @ in the first teeth a piece of the unstretched film and to start the motor. market. It is not necessary to have a primer already stretched out, which must be placed in the machine before starting, as happens with other. very stretching machines.
Fig. 4. shows a cross section of the film at the start of stretching with its marginal embossments such as 15, and FIG. 5 shows the same film, seen from the side. Fig. 6 is the cross section of the same film after stretching.
The embodiment described above does not include @ adjustment of the stretching angle, a, formed by the wheels 3,
3 'symmetrical. A machine can be produced in which this angle can take several values, depending on the nature of the stretched film. In such a machine, the frame is articulated in two parts, movable with respect to one another, each comprising a wheel such as 3 and its series of pinions. This angle can take a certain number of values fixed in advance, and we have
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of a set of elliptical cylinders covered with fabric of glass fibers and interchangeable, corresponding to these various values of the angle a, and filling practically the entire gap between the wheels for the various values of this angle.
The invention makes it possible to transversely stretch films made from a wide variety of film-forming plastics, such as polycaprolactam and other polyamides, cellulose acetate and other cellulose esters, vinyl polymers, such as α-olefin polymers, polyvinyl chloride, and polyvinyl acetate. It fits. especially for stretching films of linear polyesters, such as terephthalic polyesters.
The following example further illustrates the invention.
EXAMPLE
The machine described above, comprising a total of eleven pinions per large toothed wheel with a pitch diameter of 250 mm is used for stretching a raw continuous film of extrusion and made with polyethylene glycol terephthalate and 1,4-cyclohexanedimethanol . This film was initially 160mm wide and 130mm thick. After passing through the machine, this film has a width of 310 mm, without loss of length and its thickness is 70 u. The drawing speed is 0.80 m / min, and the temperature of the central part of the elliptical cylinder is about 80 ° C., the end parts being cold.
Of course, the invention is not limited to the embodiment described and shown, chosen only as examples.