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Procédé de fabrication de pellicules thermoplastiques à structure orientée.
La présente invention est relative à un procède pour la fabrication de pellicules thermoplastiques en poly(téréphtalate d'éthylène) qui présentent des propriétés sensiblement identique dans toutes les directions de leur plan.
On sait que les pellicules de poly(téréphtalate d'éthlè- ne) se préparent généralement par extrusion et refroidissement rapide de la pellicule extrudée au contact d'un cylindre refroi- di. On obtient ainsi une pellicule amorphe qu'on décolle du cylindre froid et qu'on peut alors soumettre à un étirage ou à tout autre traitement destiné à en modifier les propriétés.
On sait aussi que l'étirage d'une telle pellicule
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produit une orientation moléculaire qui améliore les propriétés physiques et mécaniques. En étirant la pellicule dans au moins une direction, on obtient une amélioration importante de ses propriétés. On sait aussi qu'un étirage biaxial, ou dans deux directions rectangulaires (direction chaîne ou longitudinale et direction trame ou transversale) permet d'obtenir une pellicule dont les résistances à la traction sont notablement améliorées dans les deux directions. En complétant le traitement d'étirage par un traitement thermique, pendant que la pellicule est sous tension dans les deux directions, on améliore en outre la stabilité des dimensions de la pellicule.
On a trouvé, suivant l'invention, qu'on obtient des pellicules dont les propriétés mécaniques sont très régulières dans toutes les direc- tions, et sont améliorées au-delà de ce que permettent les procédés connus, en utilisant certains rapports d'étirage et des conditions spéciales pour l'opération d'étirage. L'ensemble des conditions utilisées dans le procédé suivant l'invention est tel que, suivant les enseignements de la technique connue, la fabrication devrait être impossible ou l'on devrait obtenir une pellicule très anisotrope.
Le procédé suivant l'invention de fabrication d'une pellicule par extrusion de poly(téréphtalate d'éthylène)fondu dans des conditions donnant un produit amorphe et non orienté, suivit-d'un étirage longitudinal et d'un étirage transversal, est caractérisé en ce que le rapport d'étirage longitudinal est compris entre 3,5 et 3,6 et que le rapport d'étirage transversal est compris entre 3,0 et 3,2.
Le rapport d'étirage longitudinal est le rapport de la longueur de la pellicule après l'étirage longitudinal à ia longueur de la pellicule
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immédiatement après l'extrusion, tandis que le rapport d'étirage transver- sal est le rapport de la largeur de la pellicule après l'étirage transver- sal à sa largeur immédiatement avant cette dernière opération. Suivant divers Modes de mise en oeuvre, l'étirage longitudinal précède l'étirage transversal ou le suit ou se fait en même temps que l'étirage transversal.
Suivant un mode avantageux de mise en oeuvre, après ce double étirage croisé, on soumet la pellicule orientée biaxialement à un traite- ment thermique, pendant qu'elle est maintenue sous tension, pour lui donner une meilleure stabilité de dimensions.
Suivant un mode avantageux de réalisation, on opère de la manière suivante. On étire longitudinalement une pellicule essentielle- ment amorphe et non orientée, fabriquée par extrusion de poly(téréphtalate d'éthylène) en la faisant passer successivement entre les rouleaux d'entrée et les rouleaux de sortie de la machine d'étirage longitudinal.
On règle la vitesse des rouleaux de sortie à une valeur comprise entre 3,5 et 3,6 fois la vitesse périphérique des rouleaux d'entrée. Pendant cet étirage longitudinal, on chauffe, de manière connue, la pellicule pour obtenir un étirage uniforme de ses diverses parties t on peut, par exemple, chauffer les rouleaux d'entrée, utiliser de l'air chaud, un chauffage par rayonnement ou une association de plusieurs de ces moyens de chauffage. Après l'étirage longitudinal, on refroidit la pellicule, avantageusement en refroidissant l'intérieur des rouleaux de sortie,
La pellicule traverse aussi un appareil d'étirage transversal, de préférence après l'étirage longitudinal, l'ordre inverse pouvant égale- ment être adopté.
On commence par chauffer la pellicule ae manière à la porter à une température à laquelle on peut l'étirer transversalement, puis on l'étire transversalement à une largeur comprise entre 3,0 fois .
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et 3,2 fois la largeur qu'elle avait immédiatement avant l'étira transversal, Le chauffage nécessaire pour assurer l'uniformité de l'étirage transversal peut être obtenu, de manière connue, par convection, par conduc- tion ou par rayonnement ou par une combinaison de ces divers moyens de chauffage.
Comme il a été dit, il est avantageux de faire passer la pellicule qui a subi le double étirage, dans une zone de stabilisation thermique où la pellicule, maintenue tendue en longueur et en largeur, supporte un chauffage suffisant pour la faire cristalliser au moins partiellement. Ce chauffage peut être réalisé par convection ou par rayonnement. Après le traitement de stabilisation thermique, on refroidit la pellicule et on supprime la tension. On peut, suivant une variante de réalisation, utiliser divers moyens chimiques connus pour obtenir la stabilité désirée des dimensions.
Les températures d'étirage longitudinal et d'étirage transver- sal sont critiques. On ne peut pas préciser ces températures parce qu'elles dépendent de plusieurs facteurs, tels que l'épaisseur de la pellicule traitée, la vitesse de passage dans les appareils d'étirage, le taux de cristallinité de la pellicule initiale, brute de coulée, le taux de cristallinité de la pellicule ayant subi le premier étirage, la masse moléculaire du polyester utilisé pour fabriquer la pellicule. Il faut donc déterminer expérimentalement les réglages des températures des zones de chauffage, qui fixent les températures réelles de la pellicule pendant les différentes parties de l'opération.
D'une manière générale, on peut donner les indications suivantes pour la température de la pellicule
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tone d'étirage longitudinal1 de 75 C à 105 C zone d'étirage transversal 1 de 80*C à 110 C zone de stabilisation thermique 1 de 150 C à 240 C
Les exemples suivants, non limitatifs, illustrent l'invention.
EXEMPLE 1.
On fait trois essais distincts; en opérant de manière *on continue. On extrude une pellicule de poly(téréphtalate d'éthylène), on la trempe et on l'enroule sur des bobines. Cette pellicule a une largeur de 203 mm et une épaisseur de 0,330 mm, On l'étire longitudinalement dans le rapport 3;5:1, avec une vitesse à l'entrée de l'appareil d'étirage de 4,42 m/mn. Les cylindres d'entrée de l'appareil d'étirage longitudi- nal sont chauffés, par l'intérieur, à 78 C Le supplément de chaleur nécessaire pour l'étirage longitudinal est fourni par des appareils de chauffage par rayonnement disposés dans la largeur de la pellicule entre les cylindres d'entrée et de sortie.
Ces radiateurs sont disposés au- dessus de la pellicule, aussi près que possible des cylindres de sortie.
Dans ces conditions, la pellicule ayant subi une orientation dans une seule direction présente une biréfringence de 0,085,
Pour chacun des trois essais, on étire ensuite transversa- lement la pellicule dans les conditions indiquées au tableau I, puis on les stabilise thermiquement, et on en mesure les propriétés mécaniques et physiques dans les directions longitudinale et transversale.
Les résultats sont consignés au tableau 1,
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TABLEAU
EMI6.1
<tb> Conditions <SEP> Essai' <SEP> Essai <SEP> 2 <SEP> Essi <SEP> 3
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<tb> Rapport <SEP> d'étirage <SEP> transversal <SEP> 3,0:1 <SEP> 2,8:1 <SEP> 3,5:1
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<tb>
<tb> Vitesse <SEP> d'étirage <SEP> (en <SEP> m/mn) <SEP> 15,85 <SEP> 15,85 <SEP> 15,85
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<tb>
<tb> Température <SEP> de <SEP> l'air <SEP> à <SEP> l'étirage <SEP> 86 C <SEP> 85 C <SEP> 86 C
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<tb>
<tb>
<tb> Température <SEP> de <SEP> traitement <SEP> thermique <SEP> 213 C <SEP> 213*C <SEP> 215*0
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<tb> Propriétés <SEP> des <SEP> pellicules <SEP> traitées
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<tb> Module <SEP> de <SEP> traction <SEP> (en <SEP> MPa)
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<tb> longitudinal <SEP> 4400 <SEP> 4400 <SEP> 4250
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<tb>
<tb>
<tb> transversal <SEP> 4400 <SEP> 4300 <SEP> 4550
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Seuil <SEP> d'écoulement <SEP> conventionnel
<tb>
<tb>
<tb> pour <SEP> un <SEP> allongement <SEP> de <SEP> 2X <SEP> (en <SEP> MPa)
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<tb>
<tb>
<tb> longitudinalement <SEP> 100 <SEP> 101 <SEP> 99
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<tb>
<tb>
<tb> transversalement <SEP> 99 <SEP> 103 <SEP> 103
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Allongement <SEP> à <SEP> la <SEP> rupture <SEP> (en <SEP> %)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> longitudinal <SEP> 111 <SEP> 113 <SEP> 123
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> transversal <SEP> 123 <SEP> 148 <SEP> 96
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Température <SEP> donnant <SEP> une <SEP> distorsion
<tb>
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<tb> de <SEP> 2%
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<tb>
<tb>
<tb> longitudinalement <SEP> 158 C <SEP> 175'C <SEP> 152 C
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<tb>
<tb>
<tb> transversalement <SEP> 157 C <SEP> 146*0 <SEP> 132 C
<tb>
La pellicule de l'essai n 1, traitée dans les conditions suivant l'invention, présente des propriétés bien plus proches de l'iso- tropie que celles des essais n 2 et n 3, qui correspondent à des conditions non conformes à l'invention.
Bien que, dans les conditions de l'invention, l'étirage dans une direction soit plus grand de 10% à 20% que l'étirage dans la direction perpendiculaire, les écarts entre les propriétés à la traction diffèrent de moins de 10%, Il est notamment inattendu que les températures de distorsion dans les deux directions . soient si peu différentes.
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EXEMPLE
On fait deux -fabrications continues de pellicules en poly- (téréphtalate d'éthylène). Les conditions de fabrication, d'étirage et de traitement thermique sont consignées au tableau 11, ainsi que les résultats des mesures effectuées sur les pellicules. Les deux fabrications sont faites dans les conditions suivant l'invention.
EMI7.1
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Essai <SEP> 1 <SEP> Essai <SEP> 2
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<tb> Conditions <SEP> de <SEP> fabrication
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<tb> Largeur <SEP> de <SEP> la <SEP> pellicule <SEP> 406 <SEP> mm <SEP> 406 <SEP> mm
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<tb> Epaisseur <SEP> de <SEP> la <SEP> pellicule <SEP> 0,267 <SEP> mm <SEP> 0,134 <SEP> mm
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<tb>
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<tb>
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<tb> Vitesse <SEP> d'extrusion <SEP> 7,77 <SEP> m/mn <SEP> 11,1 <SEP> m/mn
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
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<tb> Rapport <SEP> d'étirage <SEP> longitudinal <SEP> 3,5:1 <SEP> 3,5:1
<tb>
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<tb> Rapport <SEP> d'étirage <SEP> transversal <SEP> 3,0:1 <SEP> 3,0:
1
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<tb> Température <SEP> d'étirage <SEP> 88 C <SEP> 93 C
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<tb> Température <SEP> de <SEP> traitement <SEP> thermique <SEP> 205*C <SEP> 200 C
<tb>
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<tb>
<tb>
<tb>
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<tb> Propriétés <SEP> des <SEP> pellicules <SEP> traitées
<tb>
<tb>
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<tb> Epaisseur <SEP> de <SEP> la <SEP> pellicule <SEP> terminée <SEP> 0,0254 <SEP> mm <SEP> 0,0127 <SEP> mm
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Module <SEP> de <SEP> traction <SEP> (longitudinal)
<SEP> 4410 <SEP> MPa <SEP> 4340 <SEP> MPa
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> transversal <SEP> 4410 <SEP> MPa <SEP> 4620 <SEP> MPa
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<tb>
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<tb> Allongement <SEP> à <SEP> la <SEP> rupture
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<tb>
<tb>
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<tb>
<tb> longitudinal <SEP> 122 <SEP> % <SEP> 109 <SEP> X
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb> transversal <SEP> 111 <SEP> % <SEP> 106 <SEP> %
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Résistance <SEP> élastique <SEP> en <SEP> traction
<tb>
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> donnant <SEP> un <SEP> allongement <SEP> permanent <SEP> de <SEP> 2 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> longitudinal <SEP> 99 <SEP> MPa <SEP> 100 <SEP> MPa
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> transversal <SEP> 101 <SEP> MPa <SEP> 103 <SEP> MPa
<tb>
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Il résulte des résultats portés au tableau 11
que les pellicules fabriquées en continu dans les conditions suivant l'invention présentent des propriétés sensiblement isotropes,
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à un procédé continu ou à un procédé discontinu d'étirage. Comme on l'a dit, on peut étirer les pellicules d'abord dans une direction, puis dans J'autre, et on peut faire un étirage biaxial en une seule opération, comme il est bien connu. On peut conserver en attente la pellicule extrudée et coulée avant de l'étirer, et on peut aussi conserver en attente la pellicule ayant subi un étirage dans une seule direction avant de lui faire subir l'étirage dans la direction perpendiculaire à la première.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits, choisis seulement à titre d'exemples.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.