Ruban d'attache composite fusible.
La présente invention concerne des articles en forme de feuilles fusibles; particulièrement un ruban d'attache en plastique fusible qui peut être soudé par des procédés de soudure par friction, à la lame chauffante, ou de manière analogue.
Le ruban plastique est une matière pour attacher commode et relativement bon marché qui a été utilisé dans une grande variété d'opérations de ficelage et d'emballage. Pour un grand nombre d'applications le ruban plastique est uniquement approprié à cause de son élasticité inhérente, par exemple pour attacher des emballages soumis à des variations dimensionnelles, ou bien à des conditions de manipulation où des chocs peuvent être appliqués sur la boucle du ruban faisant le tour de l'emballage. Le ficelage est habituellement réalisé en faisant une boucle avec le ruban autour de l'emballage, en resserrant ou diminuant la boucle formée jusqu'à ce qu'elle soit bien adaptée autour de l'emballage, puis en joignant les extrémités superposées de la boucle du ruban à l'aide d'un joint enveloppant ou d'un joint soudé.
Les joints enveloppants pour ruban plastique sont en général formés de la même manière que pour les rubans d'acier, par exemple par gauffrage d'un ruban métallique déformable autour des extrémités superposées du ruban de façon à former un verrouillage mécanique. Mais ces joints enveloppants ne sont pas entièrement efficaces parce que le ruban plastique a une résistance intrinsèquement faible au déchirement ce qui limite les procédés de gauffrage et de verrouillage normalement utilisés avec les joints enveloppants.
Comme autre voie de jonction de ruban, des jonctions ont été formées en fondant et soudant les parties superposées du
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des mâchoires presseuses chauffées, des systèmes de chauffage diélectriques à haute fréquence, des appareils à souder à ultrason et des systèmes de soudure par friction ont été utilisés. Aucun des systèmes pour la formation de joint précédents sont capables de fournir un joint d'une façon courante, uniforme et économique qui fasse preuve d'une résistance du joint
(ou de soudure) plus grande qu'environ 40 à 50 % de la résistance à la traction du ruban plastique. Hais il est très souhaitable d'avoir des résistances de soudure qui se rappro-
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La demanderesse a maintenant découvert que la fusibilité d'articles en forme de feuille en plastique, tels que des rubans d'attache et analogues, peut être améliorée en .formant les articles à partir d'un polymère thermoplastique synthétique cristallin sous forme d'un article composite laminaire (stratifié) dans lequel les couches sont constituées pa'- le même polymère, c'est-à-dire ayant la ou les mêmes unités répétitives dans la chaîne structurale, mais avec-un poids moléculaire moyen différent. Dans le stratifié, le polymère possède sur au moins une face fusible de l'article fabriqué un poids moléculaire moyen supérieur en valeur relative à celui du même polymère dans le corps de l'article, de sorte que le joint formé en définitive se trouve dans une région fondue qui contient le polymère de poids moléculaire moyen plus grand en valeur relative.
Exprimée d'une autre façon la viscosité intrinsèque et
la viscosité relative du polymère constituant la ou les faces fusibles sont supérieures à la viscosité intrinsèque et à la viscosité relative du polymère dans le corps de l'article. Si l'indice de fusion est utilisé comme la mesure primordiale du poids moléculaire, alors l'indice de fusion du polymère constituant la face fusible est inférieur à l'indice de fusion du polymère dans le corps de l'article.
Par conséquent, la présente invention concerne un article en forme de feuille en polymère thermoplastique synthétique cristallin de section transversale sensiblement uniforme et constitué par un stratifié dont la partie plus épaisse est
en polymère de poids moléculaire moyen relativement plus bas et dont au moins une partie ayant une -épaisseur faible (désigné par "partie mince") est constituée par le même polymère dont le poids moléculaire moyen est relativement plus élevé. Chaque partie mince de l'article a une épaisseur qui est inférieure à celle de la partie ayant une grande épaisseur (ou "partie épaisse") ; toutefois la somme des épaisseurs de chaque partie mince sur les faces opposées de l'article en forme de feuille peut être supérieure à l'épaisseur de la partie épaisse,. Les termes "en forme de feuille" et "feuilles" utilisés ici et dans les revendications désignent un article fabriqué ayant une épaisseur supérieure à environ 0,25 mm.
La partie mince de l'article en forme de feuille définit une face fusible de l'article. A la fois la partie épaisse et la partie mince de l'article sont constitués par
le même type de polymère, et.les-deux parties ont une orientation cristalline plane' sensiblement similaire.
Un ruban d'attache fusible constituant la présente invention, est également formé comme un ruban d'un polymère thermoplastique synthétique, cristallin, orienté ayant une épaisseur supérieure à environ 0,25 mm. Le ruban d'attache a une section transversale sensiblement rectangulaire et uniforme qui est délimitée par deux grandes faces opposées et deux petites faces opposées ou côtés. Le ruban d'attache comprend une couche de base du polymère ayant un poids moléculaire moyen relativement plus bas et une couche superficielle généralement plane contiguë à la couche de base, définissant au moins une grande face du ruban qui est en un polymère du même type géné-
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élevé que le polymère de la couche de base. L'orientation cristallint; axiale dans le sens longitudinal du ruban est sensiblement similaire dans toutes la section transversale.du ruban.
Pour le but de la présente invention, les polymères thermoplastiques synthétiques, cristallins, appropriés sont les polyamides, les polyesters, les polyoléfines, etc.. Les polymères préférés pour le ficelage sont le téréphtalate de
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(Nylon 66), .et le polycaprolactame (Nylon 6).
<EMI ID=5.1> la figure 1 est une vue en perspective d'un morceau de ruban d'attache constituant la présente invention ; la figure 2 est une représentation schématique d'un ensemble. d'extrusion approprié pour la fabrication du ruban illustré sur la figure. 1 et montrant une partie agrandie du ruban 'extrudé ; la figure 3 est une vue en perspective d'un autre morceau du ruban d'attache conforme à la présente invention ; la figure 4 est une représentation schématique d'un ensemble d'extrusion approprié pour la fabrication du ruban <EMI ID=6.1>
ruban extrudé ; et
les' figures 5A et 5B sont des élévations en coups des joints de ruban réuni par fusion, formés en utilisant un ruban composite de la présente invention.
Quand les articles polymères thermoplastiques en forme de feuille sont réunis l'un à l'autre, les parties des faces superposées des articles sont réunis par fusion pour définir un
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que, un morceau du ruban forme une boucle qui entoure l'emballage à attacher, et les extrémités du morceau du ruban sont superposées et fondues ensemble vers leur zone interfaciale. Il en résulte un joint étroit faisant corps avec le ruban ayant une zone ou une couche centrale ou interfaciale relativement mince des parties superficielles du ruban fondues, c'est-à-dire
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zone fondue centrale obtenue est généralement d'environ 0,025 mm à environ 0,1 mm en utilisant les procédés de fusion par friction. L'épaisseur de la zone fondue est quelque peu plus grande si on utilise le procédé de la lame chauffante.
La demanderesse a maintenant découvert que la résistance à la traction du joint formé (résistance du joint) peut être sensiblement augmentée d'une façon économiquement avantageuse,; en introduisant dans la zone centrale fondue , sous forme d'une partie unitaire de l'article en forme de feuille, un polymère ayant un poids moléculaire moyen relativement plus élevé tandis que les zones du ruban non fondues environnantes ou adjacentes sont constituées par un polymère ayant un poids moléculaire moyen relativement plus faible. Cette condition peut être facilement réalisée en équipant l'article, c'est-à-dire le ruban d'attache, sur au moins une face avec une couche unitaire superficielle d'un polymère ayant un poids moléculaire moyen relativement plus élevé que celui du polymère qui constitue la partie principale de l'article lui-même.
De cette façon le ruban ou tout autre article en forme de feuille qui a été lié au moyen d'un joint fondu, par exemple en utilisant la fusion ; par friction, la lame chauffante ou des procédés similaires, peut être fabriqué d'abord en une matière polymère de poids
<EMI ID=9.1> plus faible, et donner encore une résistance du joint améliorée à cause de la présence d'une matière polymère à poids mo-
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joint ayant une résistance relativement élevée,
Pour fabriquer des articles en forme de feuille réali-
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par un travail mécanique, peut être utilisé, y compris des polymères qui sont amorphes sous forme extrudée mais qui. peuvent être transformés en forme cristalline par travail mécanique, par exemple par étirage. Naturellement les polymères cris-tallins sont ceux qui montrent les réflexions cristallographiques quand on les examine aux rayons X d'une manière connue. Les polymères peuvent contenir ou ne pas contenir de plastifiant qui améliore leur mise en oeuvre dans les articles en forme de feuilles. Toutefois les polymères thermoplastiques qui constituent l'article en feuille de la présente invention devront avoir sensiblement la même aptitude à la cristallisa-
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sensiblement les mêmes dans les parties épaisses et les parties minces de l'article obtenu. Ainsi, on préfère que la composition de la masse polymère extrudée formant les parties épaisses et les parties minces de l'article en forme de fèuil- le, soit sensiblement la même &auf que le poids moléculaire
du polymère thermoplastique lui-même est différent dans ces parties comme on l'a mentionné ci-dessus.
Certains polymères thermoplastiques, tels que les polyesters, s'ils sont solidifiés à l'état cristallin immédiatement après extrusion, tendent à être cassants et sont plus
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conséquent, dans ce cas il est préférable de choisir les con- ditions d'extrusion de façon à ce que l'article en forme de feuille, stratifié, extrudé, se solidifie d'abord dans un état sensiblement amorphe à partir duquel il est ensuite transformé en un état cristallin et orienté durant un travail mécanique..
Les types de polymères thermôplastiques cristallins ou cristallisables qui peuvent être utilisés dans la pratique de la présente invention sont, à titre illustratif , les polyesters tels que le téréphtalate de polyéthylène, les copoly; esters d'acide téréphtalique et d'acide isophtalique avec le
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lène-sébaçamide, etc.
La différence dans les poids moléculaires moyens, entre la ou les parties épaisses et la ou les parties minces varie selon le type de polymère utilisé et aussi selon l'augmentation de la résistance de joint désirée. De préférence le poids moléculaire moyen du polymère dans la partie mince fusible dépasse le poids moléculaire moyen dans la partie formant le noyau.d'au moins environ 20 % et mieux d'au moins environ
50 % .
Dans la mesure où les fournitures de polymère disponible dans le commerce sont pplydispersées c'est-à-dire que le polymère est présent dans une gamme de poids moléculaires , le choix du polymère pour réaliser la présente invention est basé sur le poids moléculaire moyen du polymère. Le terme "poid moléculaire moyen" utilisé ici se rapporte au poids moléculaire moyen en poids du polymère cristallisable dans la fourniture utilisée pour la présente invention et peut être déterminée selon divers procédés connus dans l'art,. par exemple par diffraction de la. lumière, par ultracentrifugation, etc. Il n'est pas nécessaire de faire une détermination exacte, mais plutôt un degré de confiance peut être obtenu par d'autres procédés bien connus, tels que la détermination de la viscosité intrinsèque, de la viscosité relative ou de l'indice de fusion du polymère.
La viscosité intrinsèque du polymère est directement fonction du poids moléculaire du polymère et est habituellement obtenue à partir des valeurs de viscosité relative spécifique déterminées expérimentalement du polymère (durée d'écoulement de la solution du polymère à travers un viscosimètre capillaire divisé par la durée de l'écoulement du solvant) pour plusieurs concentrations du polymère. Les valeurs obtenues sont
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<EMI ID=17.1> viscosité intrinsèque. Dans la mesure où les pentes de la courbe viscosité-concentration pour les polymères extrudables disponibles dans le commerce, dans les solvants usuels, sont connues dans l'art, on peut être sûr de la viscosité intrin-
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sité relative. Par conséquent il est de pratique courante de mesurer seulement une simple valeur de la viscosité relative
et à partir de la valeur mesurée de déterminer la viscosité intrinsèque en se référant à la courbe standard.
L'indice de fusion d'un polymère thermoplastique est aussi fonction de son poids moléculaire et de la viscosité et c'est une indicaticn de la quantité de polymère thermoplastique qui peut être forcée à travers un orifice calibré à
une température spécifique et dans un temps donnés en utilisant une force constante de valeur connue. Les indices de fusion rapportés ici sont déterminés d'après la norme ASTM D
1238-73 à 230[deg.]C, et en utilisant une force de 2160 g.
Dans le cas des polyesters par exemple, du téréphtalate de polyéthylène, la fabrication du ruban d'attache composite conforme à la présente invention, la viscosité intrinsèque du polyester formant la partie mince fusible du ruban est de préférence supérieure à environ 0,7 et dépasse la viscosité intrinsèque du polymère formant la partie noyau du ruban de préférence d'au moins environ 20 %, et mieux, d'au moins environ 50 % .
Le ruban d'attache ou l'article en forme de feuille similaire, fabriqué, donnant les avantages précédents est illustré sur la figure 1. Le morceau de ruban d'attache 10 comprend une partie épaisse 11 qui est en polymère thermoplastique cristallisable, par exemple en téréphtalate de polyéthylène, ayant un poids moléculaire relativement plus faible et une partie unitaire mince 12 qui est :-on .située par le
même polymère mais ayant un poids moléculaire relativement plus élevé. Les parties 11 et 12 ont sensiblement la même composition mais pas le même poids moléculaire pour le polymère. La partie mince 12 donne une couche superficielle généralement plane, contiguë et intimement liée à la partie épaisse 11 qui forme la couche de base du ruban, et définit une face fusible. La partie mince 12 devra avoir au moins environ 0,025 mm d'é- paisseur, et constitue habituellement d'environ 1 % à environ <EMI ID=19.1>
environ 20 % de cette dernière.
Le ruban d'attache du type illustré sur la figure 1 peut être fabriqué en utilisant un ensemble de coextrusion représenté schématiquement sur la figure 2. L'ensemble d'extrusion 15 comprend la filière 16, un bloc 17 alimenté sur un seul côté, et un adaptateur 18 à la boudineuse. La matière polymère qui forme finalement la partie épaisse 11 du ruban extrudé est fournie à la filière 16, par une première boudineuse
(non montrée sur la figure) en passant par le canal d'alimentation 19, et la matière polymère qui forme en définitive la partie mince 12 est fournie à la filière 16 par une seconde boudineuse (non montrée) en passant par le canal 20.
Ces deux couches fondues du même polymère mais de poids moléculaire moyen différent se lient dans la cavité 21 de la filière et sortent de l'orifice de la filière appliqués l'une contre l'autre sans se mélanger, sous forme d'un courant unique de matière fondue constitué par deux couches fondues distinctes. Le courant de matière fondue est ensuite solidifié, ce qui lie intimement les couches coextrudées l'une à l'autre. De préférence, le polymère dans les parties de chaque épaisseur est maintenu
à l'état amorphe par solidification. Ensuite la feuille stratifiée obtenue de configuration prédéterminée peut être étirée
à chaud, ou travaillée d'autre façon, pour obtenir la cristallinité , l'orientation cristalline et les caractéristiques physiques désirées du produit fini obtenu.
Pour fabriquer le ruban d'attache du type illustré sur la figure 3, c'est-à-dire ayant une couche de base ou noyau 22 sur. chaque face de laquelle s'appliquent des couches .superficielles 23 et 24, ou de revêtement, contiguës , généralement planes, un ensemble d'extrusion 25 montré sur la figure 4 peut être utilisé. Plus spécifiquement, la filière 26 est équipée <EMI ID=20.1>
à la boudineuse qui entre eux forment un.ensemble unitaire. Le canal d'alimentation 29 est délimité par des ouvertures dans l'adapteur 28, le bloc d'alimentation 27 et la filière
26 et sert pour transporter vers la cavité 31 de la filière la matière polymère fondue qui après extrusion et solidification forme la couche de base ou le noyau 22 susmentionné du segment <EMI ID=21.1>
prévus dans le bloc alimenté 27 pour fournir la matière polymère de poids moléculaire relativement plus élevé qui forme finalement les couches superficielles 23 et 24. Les courants
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vé sortant dans la cavité 31 de la filière à partir des canaux d'alimentation 30 et 32 viennent s'appliquer sans se mélanger avec la matière polymère fondue sortant du canal d'alimentation
29 de façon à former un seul courant de matière fondue à trois couches qui est extrudée de la cavité 31 de la filière et solidifiée. Le ruban multicouches, coextrudé, de matière polymère peut être étiré à chaud, calandré ou travaillé autrement pour donner le degré de cristallinité et l'orientation cristalline désirés.
Pour le ruban d'attache ayant le polymère de poids moléculaire relativement plus élevé sur les deux grandes faces, l'épaisseur des couches superficielles peut être relativement petite parce que, lorsque les parties des rubans qui doivent être soudées se superposent, l'épaisseur totale du polymère désiré de poids moléculaire relativement plus élevé , c'est-àdire disponible pour la fusion, est doublée.
également, le ruban d'attache peut être coextrudé
sous forme d'un ruban qui est ramené aux épaisseurs et à la largeur désirées du ruban terminé obtenu, par travail mécanique ; toutefois il est habituellement plus commode de coextrudé une feuille de largeur suffisante qui est travaillée mécaniquement pour obtenir l'épaisseur désirée et coupée ultérieurement pour obtenir le ruban d'attache ayant la largeur désirée.
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le ruban thermoplastique similaire au ruban fabriqué sur la figure 4, est montré sur les figures 54 et 5B. Le ruban est <EMI ID=24.1>
24 en un polymère ayant un poids moléculaire supérieur au moins
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la partie épaisse 22.La boucle du ruban est formée de façon à ce que les extrémités 34 et 35 du ruban se superposent et que les parties minces 23 et 24 soient contiguës l'une avec l'au-
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sérant une lame chaude pour soudure entre les parties minces 23 et 24 contiguës, ou en frottant ces parties l'une contre l'autre dans un procédé de soudure de fusion par friction ,
-leurs zones contiguës dans la surface du joint sont ramollies ou fondues et, par refroidissement pendant qu'elles sont sous pression, elles fusionnent l'une avec l'autre pour former <EMI ID=27.1>
poids moléculaire relativement plus élevé et laquelle zone est sensiblement entourée par le polymère de poids moléculaire relativement plus bas dans les parties épaisses 22 qui n'ont pas fondues.
Sur la figure 5A la zone interfaciale comprend également un peu du polymère de poids moléculaire relativement plus faible et sur la figure 5B la zone interfaciale n'est constituée que par le polymère ayant le poids moléculaire relativement plus élevé. L'épaisseur de la zone centrale fondue peut être d'environ de 1 % à environ 20 % de l'épaisseur des extrémités 34 et 35 superposées du ruban.
Pour une résistance de joint optimum il est désirable que les conditions de soudure du ruban d'attache, aussi bien que les épaisseurs des parties minces contiguës soient choisies de façon à ce que la zone centrale fondue soit maintenue seulement dans les parties minces.
Pendant la formation du joint, l'orientation cristalline initiale des polymères présents dans ce qui deviendra finalement la zone centrale fondue du joint est modifiée ou éliminée, donc l'orientation cristalline de cette zone est habituellement différente de l'orientation cristallin:: des parties du ruban qui lui sont adjacentes.
La présente invention est illustrée par les exemples descriptifs et non limitatifs ci-après.
Exemple 1
Ruban composite en téréphtalate de polyéthylène
On fabrique un ruban en téréphtala�e de polyéthylène de
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puis cristallisation et orientation d'un téréphtalate de polyéthylène ayant une viscosité intrinsèque-d'environ 0,6 et du
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La co-extrusion est effectuée de façon à ce que le polymère ayant la viscosité intrinsèque relativement plus-élevée forme une couche superficielle d'environ 0,038 mm d'épaisseur sur une
-grande face du ruban extrudé. Toutes les couches du ruban extrudé sont cristallines et ont une orientation cristalline plane sensiblement similaire.
Les morceaux du ruban fabriqué sont soudés en, utilisant le procédé classique de la lame chauffante pour obtenir des résistances de joint égales à plus des 80 % environ de la résistance du ruban. �n conséquence les résistances de joint ' élevées sont obtenues en fondant la couche ayant la viscosité .intrinsèque , c'est-à-dire le poids moléculaire, relativement plus élevée.sur la couche ayant la viscosité intrinsèque, c'est-à-dire le poids moléculaire relativement plus faible, aussi bien qu'en fondant les deux couches ayant la viscosité intrinsèque relativement plus élevée. .exemple II
Ruban composite en téréphtalate de polyéthylène
On extrudé simultanément du téréphtalate de polyéthylène ayant une viscosité intrinsèque d'environ 0,8 avec du téréphtalate de polyéthylène ayant une viscosité intrinsèque d'environ 1,2 pour obtenir, après étirage, un ruban ayant environ
15,9 mm de largeur et environ 0,51 mm d'épaisseur, et de sorte que le téréphtalate de polyéthylène ayant la viscosité intrin-
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extrudé. Après la co-extrusion, l'article extrudé est cristallisé et orienté pour obtenir une orientation cristalline plane sensiblement identique dans toutes les couches.
Les morceaux du ruban obtenu sont mis en boucles et les extrémités de celles-ci sont superposées et soudées. par fusion par friction. Les résistances de joint sont égales à plus de 85 % environ de la résistance du ruban.
Exemple III
Ruban d'attache composite en polypropylène
On fabrique un ruban d'attache en polypropylène orienté ayant une épaisseur d'environ 0,76 mm par co-extrusion et
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fusion moyen d'environ 0,2 et de polypropylène ayant un indice'
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feuille qui est ensuite découpé en rubans d'environ 12,5 mm de largeur, et approprié comme ruban d'attache. La co-extrusion
- est effectuée de façon à ce que le polypropylène ayant l'indice de fusion relativement plus faible forme une couche superficielle d'environ 0,076 mm d'épaisseur de chaque coté de l'article en forme de feuille obtenu, après étirage. Toutes les couches du ruban fabriqué'sont cristallines et ont une orientation cristalline plane sensiblement similaire.
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Ruban d'attache composite en téréphtalate de polyéthylène
On extrude simultanément du téréphtalate de polyéthylène ayant des viscosités intrinsèques d'environ 0,6 et d'environ 1, puis on le rend cristallin et on l'oriente par éti-
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largeur ayant une épaisseur d'environ 0,51 mm et ayant la partie mince constituée par une couche du polymère ayant la viscosité intrinsèque d'environ 1,. sur chaque grande face du ruban.
Chacune des parties minces dans le ruban fabriqué a environ 0,051 mm d'épaisseur et toutes les parties du ruban ont sensiblement la même orientation cristalline plane.
Un ruban témoin ayant sensiblement les mêmes dimen.sions globales est fabriqué d'une manière similaire en lui donnant une orientation cristalline plane similaire, mais en utilisant seulement le téréphtalate de polyéthylène ayant une viscosité intrinsèque d'environ 0,6.
Des mo.rceaux de chacun de ces rubans sont superposés
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face de l'autre morceau et sont ensuite soudés en utilisant
un appareil à souder à fusion par friction de laboratoire du type à barre de torsion , la durée de soudure étant d'environ 0,004 seconde et la pression exercée sur la soudure étant d'environ 700 à environ 900 bars. Les soudures obtenues sont contenues dans les couches de la matière ayant la viscosité intrinsèque relativement plus grande.
L'essai de résistance de joint a donné les résultats suivants
Ruban témoin Ruban composite
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Ruban d'attache composite en"Nylon"
Un ruban d'attache en polyhexaméthylène -adipamide
(Nylon 66) ayant une épaisseur d'environ 0,51 mm est fabriqué par co-extrusion et cristallisation et orientation ultérieures de Nylon 66 ayant une viscosité relative d'environ 225 et de
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extrusion est effectuée de façon à ce qu'une couche superficielle d'environ 0,102 mm d'épaisseur, et constituée par du Nylon 66 ayant la viscosité relative relativement plus élevée, soit appliquée sur chacune des grandes faces du ruban fabriqué.
Toutes les couches de ce ruban sont cristallines et ont une orientation cristalline plane sensiblement similaire.
Des morceaux du ruban obtenu sont transformés en boucles et soudés par fusion par friction de façon à obtenir une soudure dans les couches contiguës de Nylon 66 ayant la viscosité relativement plus élevée. Les soudures essayées pour déterminer la résistance de joint, montrent une résistance égale à environ 60 % de la résistance du ruban. Ceci se compare favorablement avec une résistance de joint égale seulement à environ 40 % qu'on obtient dans-les mêmes conditions en utilisant le ruban en Nylon 66 ayant la viscosité relative d'environ 50.
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Ruban d'attache composite en téréphtalate de polyéthylène
D'une façon identique à l'exemple IV, on fabrique un ruban d'attache cristallin orienté comportant sur chaque face délimitée par une couche de 0,091 mm d'épaisseur de téréphtalate de polyéthylène ayant la viscosité intrinsèque relativement plus grande.
Le ruban témoin ayant sensiblement les mêmes dimensions globales et la même orientation cristalline est fabriqué à partir de téréphtalate de polyéthylène ayant la viscosité
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0,6).
L'essai.de la résistance de joint pour les soudures fabriquées de la même façon et avec le même matériau que
<EMI ID=42.1> Ruban témoin Ruban composite Résistance de joint , % 57 92
Il doit être bien entendu que la description qui pré-
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mitatif et que toutes variantes ou modifications peuvent y être .apportées sans sortir.pour autant du cadre général de la présente invention tel que défini dans les revendications ciannexées.
REVENDICATIONS
1. Ruban d'attache fusible de section transversale sensiblement rectangulaire et uniforme formé par un polymère thermoplastique synthétique cristallin, orienté et délimité par deux grandes faces opposées et deux petites faces opposées, caractérisé par le fait que ce ruban comprend une couche de base constituée par ledit polymère ayant un poids moléculaire moyen relativement plus faible, et une couche superficielle généralement plane, unitaire , et contiguë à ladite couche de base, délimitant au moins une dite grande face et constituée par le même polymère ayant un poids moléculaire moyen relativement plus élevé que ledit polymère dans la couche de base ; ledit ruban ayant une orientation cristalline axiale sensiblement similaire dans le sens longitudinal dudit ruban dans toute la section transversale de celui-ci.
Fusible composite tie tape.
The present invention relates to articles in the form of fusible sheets; particularly a fusible plastic tie tape which can be welded by friction welding methods, to the hot blade, or the like.
Plastic tape is a convenient and relatively inexpensive tying material which has been used in a wide variety of tying and wrapping operations. For a large number of applications plastic tape is only suitable because of its inherent elasticity, for example for tying packages subject to dimensional variations, or for handling conditions where shocks may be applied to the tape loop. going around the packaging. Tying is usually done by making a loop with the tape around the wrapper, tightening or decreasing the formed loop until it fits snugly around the wrapper, then joining the overlapping ends of the loop. tape using a wrap-around joint or a welded joint.
Wrap-around seals for plastic tape are generally formed in the same manner as for steel tapes, for example by embossing a deformable metal tape around the overlapping ends of the tape so as to form a mechanical interlock. But these wrap-around gaskets are not fully effective because plastic tape has inherently low tear resistance which limits the embossing and locking processes normally used with wrap-around gaskets.
As another ribbon splice path, splices were formed by fusing and welding the overlapping portions of the
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Heated press jaws, high frequency dielectric heating systems, ultrasonic welders and friction welding systems have been used. None of the foregoing seal forming systems are capable of providing a seal in a routine, uniform, and economical manner which exhibits seal strength.
(or weld) greater than about 40-50% of the tensile strength of the plastic tape. But it is very desirable to have solder resistors which approximate
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Applicants have now discovered that the fusibility of plastic sheet-like articles, such as tie tapes and the like, can be improved by forming the articles from a crystalline synthetic thermoplastic polymer as a crystalline synthetic thermoplastic polymer. A laminar (laminate) composite article in which the layers are made of the same polymer, i.e. having the same repeating unit (s) in the structural chain, but with a different average molecular weight. In the laminate, the polymer has on at least one fusible face of the article of manufacture a higher average molecular weight in relative value than that of the same polymer in the body of the article, so that the seal ultimately formed is in a molten region which contains the polymer of higher average molecular weight in relative value.
Expressed in another way the intrinsic viscosity and
the relative viscosity of the polymer constituting the fusible face (s) are greater than the intrinsic viscosity and the relative viscosity of the polymer in the body of the article. If the melt index is used as the primary measure of molecular weight, then the melt index of the polymer constituting the melt face is lower than the melt index of the polymer in the body of the article.
Accordingly, the present invention relates to a sheet-like article of crystalline synthetic thermoplastic polymer having a substantially uniform cross-section and consisting of a laminate, the thicker part of which is.
a polymer of relatively lower average molecular weight and of which at least a part having a low-thickness (referred to as "thin part") is constituted by the same polymer whose average molecular weight is relatively higher. Each thin part of the article has a thickness which is less than that of the part having a great thickness (or "thick part"); however, the sum of the thicknesses of each thin part on the opposite sides of the sheet-like article may be greater than the thickness of the thick part. The terms "sheet-shaped" and "sheets" used herein and in the claims refer to an article of manufacture having a thickness greater than about 0.25mm.
The thin portion of the sheet-like article defines a fusible face of the article. Both the thick part and the thin part of the article are made up of
the same type of polymer, and both parts have a substantially similar planar crystal orientation.
A fusible tie tape constituting the present invention is also formed as a tape of a synthetic, crystalline, oriented thermoplastic polymer having a thickness greater than about 0.25 mm. The tie tape has a substantially rectangular and uniform cross section which is bounded by two large opposing faces and two small opposing faces or sides. The tie tape comprises a base layer of the polymer having a relatively lower average molecular weight and a generally planar surface layer contiguous with the base layer, defining at least one major face of the tape which is of a polymer of the same general type. -
<EMI ID = 3.1>
higher than the base coat polymer. The orientation crystallizes; axial in the longitudinal direction of the tape is substantially similar throughout the cross section of the tape.
For the purpose of the present invention, suitable synthetic, crystalline thermoplastic polymers are polyamides, polyesters, polyolefins, etc. Preferred polymers for tying are terephthalate.
<EMI ID = 4.1>
(Nylon 66),. And polycaprolactam (Nylon 6).
<EMI ID = 5.1> Figure 1 is a perspective view of a piece of fastening tape constituting the present invention; FIG. 2 is a schematic representation of an assembly. extrusion suitable for the manufacture of the tape shown in the figure. 1 and showing an enlarged portion of the extruded tape; Figure 3 is a perspective view of another piece of the fastening tape in accordance with the present invention; Figure 4 is a schematic representation of an extrusion assembly suitable for the manufacture of tape <EMI ID = 6.1>
extruded tape; and
Figures 5A and 5B are sectional elevations of fusion bonded tape joints formed using a composite tape of the present invention.
When the sheet-shaped thermoplastic polymeric articles are joined together, the portions of the overlapping faces of the articles are fused together to define a
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that, a piece of the tape forms a loop that surrounds the wrapper to be tied, and the ends of the piece of tape are overlapped and fused together towards their interfacial area. This results in a tight seal integral with the tape having a relatively thin central or interfacial area or layer of the fused surface portions of the tape, i.e.
<EMI ID = 8.1>
Center melt area obtained is generally from about 0.025mm to about 0.1mm using friction melting methods. The thickness of the molten zone is somewhat greater if the hot plate method is used.
The Applicant has now discovered that the tensile strength of the formed joint (joint strength) can be significantly increased in an economically advantageous manner; by introducing into the molten central area, as a unitary part of the sheet-like article, a polymer having a relatively higher average molecular weight while the surrounding or adjacent unmelted areas of the tape are made of a polymer having a relatively lower average molecular weight. This condition can be easily achieved by equipping the article, i.e. the fastening tape, on at least one side with a unitary surface layer of a polymer having a relatively higher average molecular weight than that of the. polymer which forms the main part of the article itself.
In this way the tape or other sheet-like article which has been bonded by means of a fused joint, for example by using fusion; by friction, the heating blade or the like, can be made first of a polymeric material of weight
<EMI ID = 9.1> lower, and give further improved seal strength due to the presence of a moderate weight polymeric material.
<EMI ID = 10.1>
seal with relatively high strength,
For making articles in the form of a sheet
<EMI ID = 11.1>
by mechanical work, can be used, including polymers which are amorphous in extruded form but which. can be transformed into crystalline form by mechanical work, for example by drawing. Of course, crystalline polymers are those which show crystallographic reflections when examined with x-rays in a known manner. The polymers may or may not contain a plasticizer which improves their processing in sheet-like articles. However, the thermoplastic polymers which constitute the sheet article of the present invention should have substantially the same ability to crystallize.
<EMI ID = 12.1>
<EMI ID = 13.1>
substantially the same in the thick parts and the thin parts of the article obtained. Thus, it is preferred that the composition of the extruded polymer mass forming the thick parts and the thin parts of the leaf-shaped article be substantially the same as the molecular weight.
of the thermoplastic polymer itself is different in these parts as mentioned above.
Some thermoplastic polymers, such as polyesters, if they solidify to the crystalline state immediately after extrusion, tend to be brittle and are more
<EMI ID = 14.1>
Therefore, in this case it is preferable to choose the extrusion conditions so that the sheet-like, laminated, extruded article first solidifies into a substantially amorphous state from which it is subsequently. transformed into a crystalline state and oriented during mechanical work.
The types of crystalline or crystallizable thermoplastic polymers which can be used in the practice of the present invention are, by way of illustration, polyesters such as polyethylene terephthalate, copoly; esters of terephthalic acid and isophthalic acid with the
<EMI ID = 15.1>
lene-sebacamide, etc.
The difference in average molecular weights, between the thick part (s) and the thin part (s) varies depending on the type of polymer used and also depending on the increase in joint strength desired. Preferably the average molecular weight of the polymer in the thin meltable portion exceeds the average molecular weight in the core portion by at least about 20% and more preferably at least about
50%.
Since commercially available polymer supplies are pplydisperse that is, the polymer is present in a range of molecular weights, the choice of polymer for carrying out the present invention is based on the average molecular weight of the polymer. polymer. The term "average molecular weight" used herein refers to the weight average molecular weight of the crystallizable polymer in the supply used for the present invention and can be determined according to various methods known in the art. for example by diffraction of the. light, ultracentrifugation, etc. It is not necessary to make an exact determination, but rather a degree of confidence can be obtained by other well known methods, such as determining the intrinsic viscosity, the relative viscosity or the melt index of the substance. polymer.
The intrinsic viscosity of the polymer is a direct function of the molecular weight of the polymer and is usually obtained from the experimentally determined specific relative viscosity values of the polymer (time of flow of the polymer solution through a capillary viscometer divided by the time of l (solvent flow) for several polymer concentrations. The values obtained are
<EMI ID = 16.1>
<EMI ID = 17.1> intrinsic viscosity. Since the slopes of the viscosity-concentration curve for commercially available extrudable polymers in common solvents are known in the art, one can be sure of the intrinsic viscosity.
<EMI ID = 18.1>
relative sity. Therefore it is common practice to measure only a single value of the relative viscosity.
and from the measured value to determine the intrinsic viscosity with reference to the standard curve.
The melt index of a thermoplastic polymer is also a function of its molecular weight and viscosity and is an indication of the amount of thermoplastic polymer that can be forced through a calibrated orifice at
a specific temperature and in a given time using a constant force of known value. The melt indices reported here are determined according to the ASTM D standard.
1238-73 at 230 [deg.] C, and using a force of 2160 g.
In the case of polyesters, for example, polyethylene terephthalate, in the manufacture of the composite tie tape according to the present invention, the intrinsic viscosity of the polyester forming the thin meltable portion of the tape is preferably greater than about 0.7 and exceeds. the intrinsic viscosity of the polymer forming the core portion of the tape preferably at least about 20%, and more preferably at least about 50%.
The tie tape or similar sheet-like article produced giving the foregoing advantages is illustrated in Fig. 1. The piece of tie tape 10 includes a thick portion 11 which is of crystallizable thermoplastic polymer, for example. polyethylene terephthalate, having a relatively lower molecular weight and a thin unit portion 12 which is: -on .located by the
same polymer but having relatively higher molecular weight. Parts 11 and 12 have substantially the same composition but not the same molecular weight for the polymer. The thin part 12 gives a generally planar surface layer, contiguous and intimately linked to the thick part 11 which forms the base layer of the tape, and defines a fusible face. The thin portion 12 should be at least about 0.025 mm thick, and usually constitutes from about 1% to about <EMI ID = 19.1>
about 20% of the latter.
The tie tape of the type shown in Figure 1 can be manufactured using a coextrusion assembly shown schematically in Figure 2. The extrusion assembly 15 includes the die 16, a block 17 fed on one side, and an adapter 18 to the extruder. The polymeric material which ultimately forms the thick part 11 of the extruded tape is supplied to the die 16, by a first extruder
(not shown in the figure) passing through the feed channel 19, and the polymeric material which ultimately forms the thin part 12 is supplied to the die 16 by a second extruder (not shown) passing through the channel 20.
These two molten layers of the same polymer but of different average molecular weight bond in the die cavity 21 and exit the die orifice applied against each other without mixing, as a single stream. of molten material consisting of two separate molten layers. The stream of molten material is then solidified, which intimately bonds the coextruded layers to each other. Preferably, the polymer in the parts of each thickness is maintained
in the amorphous state by solidification. Then the obtained laminate sheet of predetermined configuration can be stretched.
hot, or otherwise worked, to obtain the desired crystallinity, crystalline orientation and physical characteristics of the finished product obtained.
To make the tie tape of the type illustrated in Figure 3, i.e. having a base or core layer 22 on. each side of which there are contiguous, generally planar, surface layers 23 and 24, or coating, an extrusion assembly 25 shown in Figure 4 may be used. More specifically, sector 26 is equipped with <EMI ID = 20.1>
to the extruder which between them form a unitary set. The supply channel 29 is delimited by openings in the adapter 28, the supply unit 27 and the die
26 and serves to transport to the cavity 31 of the die the molten polymer material which after extrusion and solidification forms the base layer or the aforementioned core 22 of the segment <EMI ID = 21.1>
provided in the feed block 27 to provide the relatively higher molecular weight polymeric material which ultimately forms the surface layers 23 and 24. The streams
<EMI ID = 22.1>
vee exiting into the cavity 31 of the die from the supply channels 30 and 32 are applied without mixing with the molten polymer material leaving the supply channel
29 so as to form a single stream of three-layer molten material which is extruded from die cavity 31 and solidified. The multi-layered, coextruded tape of polymeric material can be heat drawn, calendered or otherwise worked to provide the desired degree of crystallinity and crystal orientation.
For the tie tape having the relatively higher molecular weight polymer on the two large sides, the thickness of the surface layers may be relatively small because, when the parts of the tapes which are to be welded overlap, the total thickness of the desired polymer of relatively higher molecular weight, i.e. available for melting, is doubled.
also the tie tape can be coextruded
in the form of a tape which is reduced to the desired thicknesses and width of the finished tape obtained, by mechanical work; however, it is usually more convenient to coextrude a sheet of sufficient width which is mechanically worked to obtain the desired thickness and subsequently cut to obtain the tie tape of the desired width.
<EMI ID = 23.1>
the thermoplastic tape, similar to the tape made in Figure 4, is shown in Figures 54 and 5B. The ribbon is <EMI ID = 24.1>
24 to a polymer having a molecular weight greater than at least
<EMI ID = 25.1>
the thick portion 22. The loop of the tape is formed so that the ends 34 and 35 of the tape overlap and the thin portions 23 and 24 are contiguous with each other.
<EMI ID = 26.1>
serging a hot blade for welding between the adjoining thin parts 23 and 24, or rubbing these parts against each other in a friction fusion welding process,
-their contiguous areas in the gasket surface are softened or melted and, upon cooling while under pressure, they merge with each other to form <EMI ID = 27.1>
relatively higher molecular weight and which area is substantially surrounded by the relatively lower molecular weight polymer in the thick portions 22 which have not melted.
In Figure 5A the interfacial area also includes some of the relatively lower molecular weight polymer and in Figure 5B the interfacial area consists only of the polymer having the relatively higher molecular weight. The thickness of the molten central zone can be from about 1% to about 20% of the thickness of the overlapping ends 34 and 35 of the tape.
For optimum joint strength it is desirable that the weld conditions of the tie tape, as well as the thicknesses of adjoining thin portions, be chosen so that the melted central area is maintained only in the thin portions.
During seal formation, the initial crystal orientation of polymers present in what will eventually become the molten core area of the seal is altered or removed, so the crystal orientation of this area is usually different from the crystal orientation :: parts of the ribbon adjacent to it.
The present invention is illustrated by the descriptive and non-limiting examples below.
Example 1
Polyethylene terephthalate composite tape
A tape is made of terephtala � e of polyethylene of
<EMI ID = 28.1>
followed by crystallization and orientation of a polyethylene terephthalate having an intrinsic viscosity of about 0.6 and
<EMI ID = 29.1>
The co-extrusion is carried out so that the polymer having the relatively higher intrinsic viscosity forms a surface layer of about 0.038 mm thick on a surface.
- large side of extruded tape. All of the layers of the extruded tape are crystalline and have a substantially similar planar crystal orientation.
Pieces of the fabricated tape are welded using the conventional hot blade process to achieve joint strengths equal to over about 80% of the strength of the tape. As a result, the high joint strengths are obtained by melting the layer having the inherent viscosity, i.e. the molecular weight, relatively higher. On the layer having the intrinsic viscosity, that is, that is, the relatively lower molecular weight, as well as by melting the two layers having the relatively higher intrinsic viscosity. .example II
Polyethylene terephthalate composite tape
Polyethylene terephthalate having an intrinsic viscosity of about 0.8 was simultaneously extruded with polyethylene terephthalate having an intrinsic viscosity of about 1.2 to obtain, after stretching, a tape having about
15.9 mm in width and about 0.51 mm in thickness, and so that the polyethylene terephthalate having the intrinsic viscosity
<EMI ID = 30.1>
<EMI ID = 31.1>
extruded. After co-extrusion, the extruded article is crystallized and oriented to achieve a substantially identical planar crystal orientation in all layers.
The pieces of the ribbon obtained are put into loops and the ends of these are superimposed and welded. by friction fusion. The seal strengths are greater than about 85% of the tape strength.
Example III
Polypropylene Composite Tie Tape
An oriented polypropylene tie tape having a thickness of about 0.76mm is made by co-extrusion and
<EMI ID = 32.1>
average melt of about 0.2 and polypropylene having an index '
<EMI ID = 33.1>
sheet which is then cut into ribbons approximately 12.5 mm wide, and suitable as a tie tape. Co-extrusion
- is carried out so that the polypropylene having the relatively lower melt index forms a surface layer of about 0.076 mm thick on each side of the sheet-shaped article obtained, after drawing. All layers of the fabricated tape are crystalline and have a substantially similar planar crystal orientation.
<EMI ID = 34.1>
Polyethylene terephthalate composite tie tape
Polyethylene terephthalate having intrinsic viscosities of about 0.6 and about 1 is simultaneously extruded, then made crystalline and oriented by etiology.
<EMI ID = 35.1>
width having a thickness of about 0.51 mm and having the thin part constituted by a layer of the polymer having the intrinsic viscosity of about 1 ,. on each large side of the ribbon.
Each of the thin portions in the fabricated tape is approximately 0.051mm thick and all of the portions of the tape have substantially the same planar crystal orientation.
A control tape having substantially the same overall dimensions is made in a similar manner giving it a similar planar crystal orientation, but using only polyethylene terephthalate having an intrinsic viscosity of about 0.6.
Pieces of each of these ribbons are superimposed
<EMI ID = 36.1>
face of the other piece and are then welded using
A torsion bar type laboratory friction fusion welder, the weld time being about 0.004 seconds and the pressure on the weld being about 700 to about 900 bar. The welds obtained are contained in the layers of the material having the relatively greater intrinsic viscosity.
The joint strength test gave the following results
Test tape Composite tape
<EMI ID = 37.1> <EMI ID = 38.1>
"Nylon" Composite Tying Tape
Polyhexamethylene -adipamide tie tape
(Nylon 66) having a thickness of about 0.51 mm is made by co-extrusion and subsequent crystallization and orientation of Nylon 66 having a relative viscosity of about 225 and
<EMI ID = 39.1>
The extrusion is carried out so that a surface layer of about 0.102 mm thick, and consisting of Nylon 66 having the relatively higher relative viscosity, is applied to each of the large faces of the manufactured tape.
All the layers of this ribbon are crystalline and have a substantially similar planar crystal orientation.
Pieces of the resulting tape are made into loops and friction fusion welded so as to obtain a weld in the adjoining layers of nylon 66 having the relatively higher viscosity. The welds tested to determine the joint strength show a strength equal to about 60% of the strength of the tape. This compares favorably with a joint strength of only about 40% which is obtained under the same conditions using the nylon tape 66 having the relative viscosity of about 50.
<EMI ID = 40.1>
Polyethylene terephthalate composite tie tape
In a manner identical to Example IV, an oriented crystalline tie tape was made having on each face delimited by a 0.091 mm thick layer of polyethylene terephthalate having the relatively greater intrinsic viscosity.
The witness tape having substantially the same overall dimensions and the same crystal orientation is made from polyethylene terephthalate having the viscosity
<EMI ID = 41.1>
0.6).
The joint strength test for welds made in the same way and with the same material as
<EMI ID = 42.1> Control tape Composite tape Joint strength,% 57 92
It must be understood that the description which precedes
<EMI ID = 43.1>
mitative and that any variants or modifications can be made thereto without departing from the general scope of the present invention as defined in the appended claims.
CLAIMS
1. Fusible fastening tape of substantially rectangular and uniform cross section formed by a crystalline synthetic thermoplastic polymer, oriented and delimited by two large opposite faces and two small opposite faces, characterized in that this tape comprises a base layer constituted by said polymer having a relatively lower average molecular weight, and a generally planar surface layer, unitary, and contiguous to said base layer, delimiting at least one said large face and consisting of the same polymer having a relatively higher average molecular weight than said polymer in the base layer; said ribbon having a substantially similar axial crystal orientation in the longitudinal direction of said ribbon throughout the cross section thereof.