Feuille mince nervurée en matière plastique, procédé et appareil
de fabrication de cette feuille et sacs l'utilisant.
La présente-invention se rapporte aux feuilles rinces, ou pellicules, en résine thermoplastique.
Les sacs en matière plastique, en particulier les sacs à jeter après une seule utilisation, tels que garnitures de récipients ou de boîtes à ordures etc., qui peuvent renfermer des charges moyennes, de 5 à 20 kg environ, et réalisés avec une feuille mince de polyéthylène, sont d'une utilisation courante et croissante. De tels sacs présentent l'avantage d'être très résis-tants à la vermine,de pouvoir être exposés aux intempéries étant remplis et de fournir un moyen commode et peu coûteux de se débarrasser de déchets gênants ou de stocker provisoirement des matières volumineuses, comme par exemple des feuilles ou du gazon coupé.
Les sacs en matière plastique à jeter après usage, surtout lorsqu'ils sont fabriqués avec une feuille mince en polyéthylène d'épaisseur comprise entre environ 0,01 et 0,05 mm, ont tendance à éclater lorsqu'ils sont trop remplis, étant perforés peuvent également avoir tendance à se déchirer, la déchirure se faisant au hasard et rapidement dans toute la feuille mince constituant le sac. Ces perforations peuvent être provoquées, par exemple, du fait d'objets acérés contenus dans le sac, morceaux de boîtes de conserves, clous, ou éclats de verre.
Même un trou relativement petit, et en tout cas assez petit pour empêcher que le contenu du sac en échappe, peut toutefois, s'il subit un effort même faible (par exemple au moment où l'on ramasse le sac), provoquer une déchirure qu'il n'est pas possible d'arrêter, qui s'agrandit rapidement, et qui.provoque l'échappement du contenu du sac.
Le doublage du sac n'apporte aucun remède, et si l'on augmente l'épaisseur de la feuille constituant le sac, le poids et les frais de transport augmentent rapidement. Cela constitue un inconvénient étant donné que le prix de revient de ces sacs doit être aussi faible que possible (et que par conséquent la quantité de matière constitutive doit être minimale), en raison de la destination môme du sac.
On peut augmenter la résistance de la feuille mince en y formant des nervures. Les matériaux plastiques à nervures sont connus et le brevet des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 2.750.631 décrit un procédé de fabrication de ces feuilles en matière plastique
à nervures. Ce brevet décrit également un appareil d'extrusion, modifié de façon à fabriquer des feuilles en matière plastique com-portant des nervures en carré.
La demanderesse a constaté que l'on peut obtenir des pellicules de plus grande résistance à l'aide de nervures qui se raccordent progressivement depuis leur crête avec la paroi de feuille mince.
L'invention a donc pour objet une pellicule renforcée en matière plastique flexible, consistant en une feuille munie de nervures écartées les unes des autres et parties intégrantes de cette feuille, chacune de ces nervures se raccordant progressivement depuis sa crête, aux surfaces comprises entre les nervures.
L'invention a également pour objet un procédé et un dispositif de fabrication de cette feuille mince. Ce procédé consiste à extruder.la résine dans l'intervalle annulaire compris entre les lèvres ou bords d'une filière à encoches radiales appropriées. Ces encoches présentent des angles arrondis aux raccordements des surfaces d'extrusion. On peut ensuite étirer la pellicule tubulaire extrudée, de façon connue à l'aide d'air comprimé.
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à fabriquer des sacs très solides et résistant bien aux déchirures . Suivant une forme de réalisation préférée, le sac selon l'invention comporte une paroi avant et une paroi arrière réunies l'une à l'autre par leurs bords, le bord supérieur de la paroi avant dépasse le bord supérieur de la paroi arrière, et est replié et s�udé à chaud sur le bord opposé de la partie supérieure de la paroi arrière.
Les sacs (qu'ils soient de ce type ou d'un autre) peuvent être réunis les uns aux autres en forme d'un rouleau comprimé, présentant des bords fermés thermiquement et des lignes de moindre résistance, destinées à la séparation par déchirure des sacs successifs.
La feuille mince, ou pellicule, est de préférence en polyéthylène de faible densité, d'épaisseur comprise entre environ
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nervures est avantageusement compris entre 0,125 et 2 cm, de préférence entre 0,05 et 1 cm. Ces nervures intégrées à la feuille se raccordent progressivement depuis leur crête jusqu'à la partie de paroi comprise entre elles, leur épaisseur globale étant de préférence comprise entre 1,5 et 10 fois l'épaisseur de paroi de la feuille, par exemple de l'ordre d'environ 0,1 mm ou même moins. L'épaisseur augmente jusqu'à la crête de nervure et est approxima-
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La feuille mince, ou pellicule, à nervures intégrées,
est fabriquée de préférence à l'aide d'un dispositif appliquant le procédé bien connu d'extrusion-soufflage, de façon à obtenir la pellicule extrudée de minceur voulue. Ce dispositif d'extrusion comprend normalement une tête d'extrusion dans laquelle la filière annulaire d'extrusion entoure un mandrin concentrique. La filière ou le mandrin peut comporter des encoches radiales présentant des arrondis à leur raccordement avec la surface annulaire d'extrusion
(de la filière ou du mandrin, suivant le cas), destinées à former des nervures. Les encoches elle-mêmes fournissent les nervures à crête et les contours progressivement arrondis de ces encoches,
ou raccordement de la surface de filière, fournissent les nervures
à contour progressif sur la feuille de support. L'intervalle entre le mandrin et la filière d'extrusion est un peu plus large que l'épaisseur que doit avoir la paroi de la feuille une fois terminée. Par contre, la différence entre la profondeur des encoches et l'épaisseur que doit prendre la feuille terminée au niveau des nervures n'est pas aussi grande que la différence entre l'intervalle d'extrusion et la paroi de la feuille terminée. Au contraire, la profondeur de ces encoches est notablement inférieure. En d'autres termes, la diminution d'épaisseur des parois au cours du soufflage (différence entre la largeur de l'intervalle de la matrice et l'épaisseur de la feuille mince terminée) est supérieure à la diminution d'épaisseur des crêtes au cours du soufflage (différence entre la profondeur des encoches et l'épaisseur des nervures).
Dès que la pellicule soufflée a été ext-rudée, les parties de cette pellicule comprises entre les nervures se refroidissent les premières et donnent une pellicule qui fait prise, tandis que la zone des nervures, qui est plus épaisse et encore à l'état plastique, poursuit son refroidissement, constituant ainsi une
zone d'évolution progressive de la solidification des parois entre les nervures, jusqu'à ce que celles-ci aient fait prise. En raison du caractère progressif du durcissement du matériau (suivant une coupe transversale quelconque de la feuille gonflée, qui est sortie de la filière d'extrusion), il se forme également, en face de chaque nervure, une petite nervure intérieure, due au fait qu'il y a une plus grande quantité de matériau extrudée à l'endroit où se trouvent les encoches de la filière d'extrusion, ou du mandrin.
La demanderesse a constaté qu'un rapport de soufflage plus élevé que celui qui est normalement appliqué pour la fabrication de feuilles analogues mais ne comportant pas de nervures, permet d'obtenir un sac plus résistant. De plus, il convient de régler l'écartement entre les nervures ainsi que leur épaisseur,
de façon à empêcher un affaiblissement de la matière entre les nervures. Si la quantité de matière utilisée, par exemple pour
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que pour les feuilles sans nervures, l'épaisseur de matière entre nervures est évidemment moindre que dans le cas de feuilles sans nervures, du fait de l'accumulation de matière au-dessous des nervures. Bien que la feuille soit un peu plus mince entre les nervures, la résistance globale du sac n'est pas compromise et la résistance au déchirement se trouve renforcée.
Les conditions qu'il s'agit de concilier pour que la feuille nervurée ait la résistance voulue au déchirement, sans augmentation de matière, sont les suivantes :
a) Epaisseur des nervures, c'est-à-dire épaisseur globale dans la zone des nervures (autrement dit,-épaisseur de lafeuille) : elle doit être d'environ 0,1 mm ou un peu moins; si elle est notablement inférieure, par exemple de 0,05 mm, les nervures risquent de ne pas être assez épaisses; au contraire, si elle est plus grande, par exemple de 0,5 mm, il faut utiliser une plus grande quantité de matière, ce qui augmente la consommation globale sans toutefois augmenter de façon appréciable la résistance du sac. b) Distance entre les nervures : cette distance doit être comprise entre environ 0,125 et 2 cm. La demanderesse a <EMI ID=5.1>
est préférable, mais les caractéristiques du sac ne sont que très peu modifiées si les nervures sont distantes de 1 cm. Si l'écartement entre nervures dépasse 1 cm, leur efficacité est diminuée.
<EMI ID=6.1> nervures, de sa crête à la feuille proprement dite, a un effet sur la résistance globale. Si cette pente est trop forte ou si le sommet ne présente pas une crête bien nette, mais au contraire une crête de forme carrée ou trapézoïdale, on a un point faible à la jonction de la nervure et la feuille proprement dite. Cela peut être comparé à l'effet bien connu d'encoche, qu'il y a lieu d'éviter, étant donné qu'une zone faible se crée à la jonction entre la nervure et le restant de la feuille, si la transition n'est pas progressive. Ce genre de raccordement peut être comparé aux congés dans les structures soudées.
Pour assurer un tel raccordement, la filière à travers laquelle la matière est extrudée doit présenter, sur sa face où doivent être formées les nervures, les bords doucement arrondis qui se raccordent progressivement sur le pourtour du restant de la surface de la filière.
d) Minimum entre les bords des nervures : l'épaisseur moyenne de la feuille de base doit être aussi constante que possi ble, et il convient d'éviter la formation d'une sous-épaisseur auprès des nervures par rapport au restant de la feuille. L'épais seur de la feuille mince, ou pellicule, doit être maintenue aussi régulière que possible. Des sous-épaisseurs risquent de se former si la pente des crêtes des nervures (condition signalée ci-dessus) est trop forte. Dans le cas de crêtes d'épaisseur
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surépaisseur, entre les zones d'épaisseur normale, d'environ
0,6 mm.
Le choix de la matière n'a pas grande importance étant donné que la feuille est destinée à être jetée et qu'elle ne sert que pendant un temps bref. Les caractéristiques de cette matière utilisée peuvent être comprises dans de vastes limites et sa composition et ses propriétés n'ont pas besoin d'être réglées avec soin. On peut avantageusement utiliser comme matière un polyéthy-
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entre 0,9 et 0,925. L'indice de fusion peut lui aussi varier dans de grandes limites très éloignées, par exemple entre 0,2 et 6, mais il vaut mieux un coefficient faible, de préférence inférieur à 3 et par exemple compris entre 0,3 et environ 1.
La direction qu'il faut donner aux nervures, par rapport au sac teiminé, varie suivant que le matériau est fendu et qr le sac est iéalisé à partir d'une feuille extrudée fendue ou d'ur. matériau tubulaire, ou que ce sac présente une fermeture à sa partie inférieure ou sur ses côtés. Les nervures peuvent donc se trouver dans le sens de la longueur du sac ou en travers de ce sac suivant la direction du découpage de fabrication du sac. Les nervures peuvent également avoir d'autres directions mais, du point de vue du découpage, des nervures orientées dans la longueur du sac sont plus faciles à assembler quand on part d'une feuille fendue.
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le découpage ni la fermeture à chaud des lignes de jonction réalisées par la machine à fabriquer les sacs, utilisant des feuilles extrudées à nervures de l'invention.
D'autres objets et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant, à titre explicatif mais nullement limitatif, des formes préférées de réalisation: sur ces dessins :
- la figure 1 est une vue en perspective d'un sac à nervures transversales;
- la figure 2 est une vue en perspective d'un sac à nervures longitudinales;
- la figure 3 est une coupe transversale, à échelle agrandie, d'un matériau qui sert à confectionner les sacs des figures 1 et 2, cette figure indiquant les nervures et leurs dimensions critiques; <EMI ID=10.1> échelle, d'une partie de l'intervalle d'extrusion compris entre
uns filière d'extrusion et son mandrin, cette partie comportant une encoche servant à former une nervure en cours d'extrusion;
- la figure 5 est une vue (en plan), à petite échelle, indiquant une répartition d'encoches sur le pourtour de la filière;
- la figure 6 est une vue en bout, à très grande échelle, de la partie d'encoche entourée d'une ligne en pointillé sur la figure 5;
- la figure 7 est une vue, en perspective, de sacs agencés en rouleaux continus et comportant les nervuies selon l'invention;
- la figure 8 est une vue en plan d'un sac détaché du rouleau de la figure 7; enfin,
- la figure 9 est une vue analogue à la figure '/ d'un rouleau de sacs mais les divers sacs étant reliés de façon différente.
Le sac, tel que représenté sur la figure 1, est d'un type courant et est constitué dans une feuille nervurée, telle que représentée en coupe sur la figure 3. Les nervures 12 sont disposées en travers du sac. Le sac peut être à soufflet, ou plat,
ou en forme de tube présentant une ligne de fermeture à sa partie inférieure et deux lignes de fermetures sur les cotés, ou même de tout autre genre; La figure 2 représente un sac identique à celui
de la figure 1, avec la différence que la feuille mince est orientée autrement, les nervures 12 étant disposées dans le sens de la longueur du sac.
La figure 3 montre nettement la feuille à nervures. La feuille 11 est réalisée par extrusion-soufflage dans un appareil d'extrusion, de façon bien connue (se reporter par exemple pour <EMI ID=11.1>
présente des crêtes 12. En raison de la différence de vitesse de refroidissement du matériau entre ses parties d'épaisseurs différentes, il se forme une petite contre-nervure 13 sur l'autre face de la feuille, comme'représenté sur la figure 3. La nervure 12
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gressivement sur la zone 15 comprise entre les diverses nervures 12 de la feuille 11. Suivant une forme préférée, l'épaisseur entre les nervures de la feuille 11, c'est-à-dire l'épaisseur proprement dite
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entre environ 0,02 et 0,05 mm, de préférence 0,035 mm. La dimension b, c'est-à-dire l'épaisseur globale des nervures 12 et 13, est de
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deux crêtes voisines, peut varier dans de grandes limites par exemple entre 0,25 et 2 cm et de préférence comprise entre 0,5 et
1 cm. La dimension d, qui correspond à la zone 16, c'est-à-dire l'étendue, dans le sens latéral, de la partie renforcée constituée par les nervures, et dont dépend la pente des nervures raccordées sur la zone 15, doit être choisie de manière que le raccordement se fasse progressivement, pour que la feuille présente une crête bien nette, avec un raccordement progressif avec la feuille proprement dite dans la zone 15. Cette dimension d, pour une nervure d'épaisseur de 0,09 mm et une feuille d'épaisseur de 0,035 mm, doit être environ 0,6 mm. Une feuille présentant ces caractéristiques a
le même poids qu'une feuille lisse dont l'épaisseur moyenne est
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mince, mesurée par exemple dans la zone 15 (dimension a) et la largeur des nervures, en admettant que le raccordement se fait progressivement entre la crête des nervures et la feuille proprement
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seur b des nervures. Ces gammes de variation sont données comme susceptibles de donner aux nervures les meilleures caractéristiques pour former un sac.
La feuille 11 est fabriquée sur machine d'extrusion de type courant, par exemple tel qu'indiqué dans le brevet précité
et est bien connue des spécialistes. On modifie cette machine classique en munissant d'encoches 22 l'intervalle d'extrusion 34
(figures 4 à 6). La filière annulaire extérieure 20 présente une surface annulaire intérieure d'extrusion 21. Un mandrin 30, présentant un pourtour extérieur d'extrusion 31 est centré dans la filière 20. Ces filière et mandrin délimitent l'intervalle d'ex-trusion 34. On munit la filière 20, ou le mandrin, (de préférence la filière), d'encoches 22 taillées dans la surface qui délimite l'intervalle d'extrusion, c'est-à-dire sur le bord 21.
Ces encoches sont réparties régulièrement sur le pourtour de la filière 20
(figure 5), et présentent une extrémité intérieure 25 formant crête
(figure 6) et des bords arrondis 26, raccordés progressivement au bord 21 qui délimite l'intervalle d'extrusion, et également raccordés progressivement sur la surface intérieure de la filière 20. Ces encoches ont doncau départ une forme qui permet de réaliser des surfaces il+ de raccordement progressif (figure 3) des zones
16 de la feuille 11.
La largeur de l'intervalle d'extrusion (dimension e sur la figure 4) peut varier considérablement et être par exemple comprise entre 0,1 et 1,5 mm. Les encoches 22 ont une profondeur <EMI ID=17.1>
Le fonctionnement du dispositif est le suivant .
On introduit, dans le sens de la flèche 33, une résine
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le tube ainsi obtenu, par soufflage d'air dans le tube extrudé, que l'on maintient à l'aide de deux galets de déplacement (ce qui est bien connu des spécialistes) l'air soufflé dans le tube étirant la résine pour donner une feuille d'épaisseur voulue (dimension
a sur la figure 3). Cette épaisseur de la feuille est fonction de la vitesse d'extrusion, de la pression de l'air, ainsi que de
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seur de l'élément tubulaire extrudé, c'est-à-dire de la partie formant la feuille, a peu d'influence sur le renflement situé à
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encoches est bien inférieure au quotient de la largeur [pound] de l'intervalle de la matrice 34 et de l'épaisseur finale a de la feuille
11. De la sorte, au cours du soufflage, l'épaisseur de la feuille (dimension a) devient bien inférieure à la largeur 34 de l'intervalle (dimension e) et à la variation de dimension entre la profon-
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lement par le haut), le polyéthylène encore pâteux en expansion est refroidi; toutefois, dans les zones où le matériau est renforcé,
en raison de la plus grande quantité de matière appliquée dans les encoches 22, le refroidissement est un peu plus lent, et il se
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refroidit la première, puis le refroidissement est poursuivi progressivement dans la zone 16 jusqu'à ce que les crêtes 12 aient également fait prise, le refroidissement se faisant très régulièrement entre les nervures 12 et la zone 15. L'allure de la
zone de transition 26 des encoches, ainsi que les conditions de fonctionnement de l'appareil d'extrusion, doivent être telles que
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1,5 mm, de préférence au bas de la gamme.
Le rapport de soufflage peut être un peu plus élevé que dans le cas de feuilles minces sans nervures, ce qui donne à la feuille une plus grande rigidité, c'est-à-dire une plus grande résistance au déchirement, aussi bien parallèlement à la direction d'extrusion (c'est-à-dire de la filière) que dans la direction perpendiculaire. Si l'on prend un rapport de soufflage compris entr�
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vient d'adopter, dans le cas d'une feuille nervurée un rapport de soufflage compris entre 2,5 et 3. Si l'on augmente un peu le rapport de soufflage, la résistance aux piqûres est un peu moindre, mais on augmente la solidité moyenne de la feuille et la résistance à l'agrandissement des déchirures.
La matière dont les sacs sont constitués est généralement conforme à la norme ASTM B 1248-68. En ce qui concerne la densité, on peut avantageusement utiliser la matière du type 1; et en ce qui concerne l'indice de fusion, celles des catégories 3, 4 et 5.
La profondeur! de l'encoche varie avec la dimension de l'intervalle de la matrice. Dans le cas d'une-nervure ayant une épaisseur égale à peu près à trois fois l'épaisseur moyenne a de la feuille, il convient d'adopter une ouverture de matrice de 0,6 mm. La largeur de l'encoche 22, sur son pourtour, peut être
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Si l'on adopte un intervalle de filière plus grand (par exemple 0,9 mm), il convient de prévoir des encoches de largeur et profondeur d'environ 1 mm. La relation entre la largeur de l'intervalle et la dimension d'encoche est sensiblement linéaire, le rapport
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étant le quotient de la circonférence du tube gonflé à la circonférence de la filière. Pour plus de détails sur le procédé utilisé, on peut se reporter à l'ouvrage "Plastics Extrusion Technology", de A.L. Griff, Reinhold Pub. Co. - Etats-Unis d'Amérique, 1962,
en particulier au chapitre 5 "Film Extrusion".
Les figures 7 à 9 représentent des sacs que l'on peut fabriquer à partir de la feuille mince à nervures selon l'invention. La figure 7 montre un rouleau continu de sacs en matériau thermoplastique, présentant les nervures telles que décrites plus
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munie de perforations 46, permettant de détacher les sacs du
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résistante en raison des perforations 46. Chaque sac, tel que représenté sur les figures 7 et 8, comporte une paroi avant 47 et une paroi arrière 48. La paroi avant 47 (figures 7 et 8) s'étend au-delà du bord supérieur de la paroi arrière 48, ce qui laisse une lèvre, ou rebord, 43. Bien que ce rebord 43 puisse être avanta-geux dans certains cas qui seront décrits plus loin, il est bien entendu que sans sortir du cadre de l'invention, on peut réaliser un sac sans rebord 43, c'est-à-dire un sac dont le bord supérieur
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Les nervures disposées en travers du sac de la figure 8
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Comme représenté sur les figures 7 et 8, un sac, qui peut être réalisé à partir du matériau à nervures selon l'invention, est caractérisé par le fait qu'il présente une partie refermée à chaud, délimitant les bords, le fond de ce sac présentant une ligne de pliage. Lorsque l'on veut détacher un sac du
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ment 45, de cette zone, en raison de la présence des perforations 46.
La figure 9 représente un rouleau de sacs identiques à ceux de la figure 8. Les sacs de ce rouleau sont séparés les uns des autres par deux lignes transversales 50 fermées thermiquement et présentant une ligne 51 de moindre résistance, c'est-à-dire de perforations orientées en travers de la feuille entre les lignes de fermeture transversales. Dans cet exemple, on détache chaque sac en déchirant la feuille suivant la ligne de perforations. Il reste une partie de feuille entre la ligne de perforations et la ligne transversale de fermeture quand on détache un sac.
Pour fermer un sac conforme à l'invention, on replie le rebord ou lèvre 43, prolongement continu de la paroi avant 47, dans l'ouverture entre le volet de fermeture 44. Puis on retourne ce volet en introduisant l'index de chaque main sous ce volet dans les coins supérieurs de la poche retournée. Puis on applique les pouces contre les coins supérieurs à l'extérieur du volet, sur les extrémités des index, et en tournant les poignets, on applique le volet au-dessus de la partie supérieure du sac, ce qui le referme.
Lorsque l'on veut ouvrir le sac, on peut tirer le volet de fermeture 44 vers l'arrière jusqu'à sa position normale d'ouverture, en l'appliquant contre la paroi arrière du sac. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 2.709.467 décrit un dispositif de fermeture de ce type.
On peut utiliser avantageusement comme polyéthylène à faible densité pour revêtement, celui qui est défini par la norme
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