CA2341600A1 - Procede pour augmenter la vitesse de convection thermique dans un polymere thermofusible - Google Patents
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Abstract
Le procédé pour augmenter la vitesse de convection thermique dans un polymère thermofusible, notamment un polyéthylène téréphtalate, permet d'augmenter la vitesse de transmission de la chaleur par convection thermique dans ce polymère, en l'exposant simultanément à au moins une source de rayonnement thermique et à des vibrations ultrasoniques. Les vibrations ultrasoniques sont appliquées de préférence par intermittence sur une surface du polymère au moyen d'une sonotrode alimentée par un générateur d'ultrasons, soit directement, soit par l'intermédiaire d'un liquide en contact avec le polymère. On peut ainsi améliorer les caractéristiques physiques du polymère et faire varier la vitesse de transmission de la chaleur en fonction de sa forme, de sa masse et de sa nature.
Description
PROCEDE POUR AUGMENTER LA VITESSE DE CONVECTION
THERMIQUE DANS UN POLYMERE THERMOFUSIBLE
Domaine technique La présente invention concerne un procédé pour augmenter la vitesse de transmission de la chaleur par convection thermique dans un polymère thermofusible.
Technique antérieure Le chauffage des polymères constitue une phase préparatoire préliminaire au traitement des polymères par thermoformage ou par soufflage. II s'effectue habituellement par exposition des polymères à une source de rayonnement thermique extérieure. La montée en température de la masse de polymère s'effectue progressivement par convection selon une pente inclinée descendante. Au début de l'exposition du polymère à la source de rayonnement thermique, la température de la zone proche de la source est plus élevée que celle de la zone éloignée. Progressivement, la différence de température entre la zone proche et la zone éloignée s'atténue. La transmission de la chaleur se fait par convection pendant un temps plus ou moins long qui dépend notamment de la température de la source et de l'épaisseur de la matière.
La durée de montée en température du polymère sur toute son épaisseur conditionne le processus de mise en forme de la matière. Une réduction de cette durée améliore la rentabilité de la production.
Exposé de l'invention La présente invention se propose donc de réduire cette durée de l'échauffement par convection d'une masse de polymère thermofusible.
Ce but est atteint par le procédé tel que défini en préambule et caractérisé
en
THERMIQUE DANS UN POLYMERE THERMOFUSIBLE
Domaine technique La présente invention concerne un procédé pour augmenter la vitesse de transmission de la chaleur par convection thermique dans un polymère thermofusible.
Technique antérieure Le chauffage des polymères constitue une phase préparatoire préliminaire au traitement des polymères par thermoformage ou par soufflage. II s'effectue habituellement par exposition des polymères à une source de rayonnement thermique extérieure. La montée en température de la masse de polymère s'effectue progressivement par convection selon une pente inclinée descendante. Au début de l'exposition du polymère à la source de rayonnement thermique, la température de la zone proche de la source est plus élevée que celle de la zone éloignée. Progressivement, la différence de température entre la zone proche et la zone éloignée s'atténue. La transmission de la chaleur se fait par convection pendant un temps plus ou moins long qui dépend notamment de la température de la source et de l'épaisseur de la matière.
La durée de montée en température du polymère sur toute son épaisseur conditionne le processus de mise en forme de la matière. Une réduction de cette durée améliore la rentabilité de la production.
Exposé de l'invention La présente invention se propose donc de réduire cette durée de l'échauffement par convection d'une masse de polymère thermofusible.
Ce but est atteint par le procédé tel que défini en préambule et caractérisé
en
2 ce que fon expose ledit polymère simultanément à au moins une source de rayonnement thermique et à des vibrations ultrasoniques, et en ce que l'on transmet lesdites vibrations ultrasoniques audit polymère thermofusible en appliquant directement sur une surface dudit polymère au moins une-S sonotrode alimentée par un générateur d'ultrasons.
Outre l'augmentation de la vitesse de transmission de la chaleur à travers la paroi du polymère, l'application de vibrations ultrasoniques et l'exposition simultanée à une source de rayonnement thermique ont pour conséquence une réorganisation des molécules du polymère en favorisant leur orientation dans une direction déterminée.
Selon une première variante de réalisation, l'on expose une surface dudit polymère à une première source de rayonnement thermique et la surface 1S opposée dudit polymère à une seconde source de rayonnement thermique.
De ce fait, on peut moduler le différentiel de température entre les deux surfaces opposées du polymère exposées aux deux sources de rayonnement thermique. On peut ainsi améliorer les caractéristiques physiques du polymère et faire varier la vitesse de transmission de la chaleur en fonction de la forme, de la masse et de la nature de ce polymère.
De préférence, l'on transmet lesdites vibrations ultrasoniques audit polymère thermofusible en mettant au moins une sonotrode en contact avec un liquide 2S intermédiaire qui est en contact avec une surface dudit polymère.
De préférence, lesdites sources de rayonnement thermique ont une température comprise entre 100° et 500°C et la fréquence des vibrations ultrasoniques est comprise entre 15 et 60 kHz.
De façon avantageuse, le temps d'exposition à la source de rayonnement
Outre l'augmentation de la vitesse de transmission de la chaleur à travers la paroi du polymère, l'application de vibrations ultrasoniques et l'exposition simultanée à une source de rayonnement thermique ont pour conséquence une réorganisation des molécules du polymère en favorisant leur orientation dans une direction déterminée.
Selon une première variante de réalisation, l'on expose une surface dudit polymère à une première source de rayonnement thermique et la surface 1S opposée dudit polymère à une seconde source de rayonnement thermique.
De ce fait, on peut moduler le différentiel de température entre les deux surfaces opposées du polymère exposées aux deux sources de rayonnement thermique. On peut ainsi améliorer les caractéristiques physiques du polymère et faire varier la vitesse de transmission de la chaleur en fonction de la forme, de la masse et de la nature de ce polymère.
De préférence, l'on transmet lesdites vibrations ultrasoniques audit polymère thermofusible en mettant au moins une sonotrode en contact avec un liquide 2S intermédiaire qui est en contact avec une surface dudit polymère.
De préférence, lesdites sources de rayonnement thermique ont une température comprise entre 100° et 500°C et la fréquence des vibrations ultrasoniques est comprise entre 15 et 60 kHz.
De façon avantageuse, le temps d'exposition à la source de rayonnement
3 thermique est compris entre 1 et 10 secondes et de préférence approximativement égal à 3 secondes.
Selon une manière de procéder particulièrement intéressante, l'on applique-les vibrations ultrasoniques de manière intermittente.
Cette variante permet également de moduler la vitesse de transmission de la chaleur dans le polymère.
La présente invention sera mieux comprise à la description d'une forme de mise en oeuvre préférée, mais non limitative, du procédé et ses variantes.
Manières de réaliser l'invention Lorsque fon expose une masse de matière synthétique, et en particulier un objet réalisé en un polymère thermofusible, à une source de rayonnement thermique, la montée en température de la masse est progressive et l'on observe, à l'intérieur de ladite masse, un gradient de température défini par une courbe sensiblement linéaire dont la pente est négative. L'application simultanée de vibrations ultrasoniques a pour effet soit de réduire la pente de la courbe, soit de l'annuler, soit de l'inverser.
Dans la pratique, ceci se traduit par une augmentation de la vitesse de transmission de la chaleur à travers la masse de oolvmère. cette augmentation pouvant ëtre telle que la paroi de l'objet éloignée de la source de rayonnement thermique atteint, au bout d'un laps de temps extrêmement court, une température supérieure à celle de la paroi la plus proche.
Pour atteindre ce but, l'on expose le polymère thermofusible simultanément à
au moins une source de rayonnement thermique et à des vibrations ultrasoniques. Pour transmettre ces vibrations au polymère on peut appliquer directement sur une de ses surfaces une sonotrode alimentée par un
Selon une manière de procéder particulièrement intéressante, l'on applique-les vibrations ultrasoniques de manière intermittente.
Cette variante permet également de moduler la vitesse de transmission de la chaleur dans le polymère.
La présente invention sera mieux comprise à la description d'une forme de mise en oeuvre préférée, mais non limitative, du procédé et ses variantes.
Manières de réaliser l'invention Lorsque fon expose une masse de matière synthétique, et en particulier un objet réalisé en un polymère thermofusible, à une source de rayonnement thermique, la montée en température de la masse est progressive et l'on observe, à l'intérieur de ladite masse, un gradient de température défini par une courbe sensiblement linéaire dont la pente est négative. L'application simultanée de vibrations ultrasoniques a pour effet soit de réduire la pente de la courbe, soit de l'annuler, soit de l'inverser.
Dans la pratique, ceci se traduit par une augmentation de la vitesse de transmission de la chaleur à travers la masse de oolvmère. cette augmentation pouvant ëtre telle que la paroi de l'objet éloignée de la source de rayonnement thermique atteint, au bout d'un laps de temps extrêmement court, une température supérieure à celle de la paroi la plus proche.
Pour atteindre ce but, l'on expose le polymère thermofusible simultanément à
au moins une source de rayonnement thermique et à des vibrations ultrasoniques. Pour transmettre ces vibrations au polymère on peut appliquer directement sur une de ses surfaces une sonotrode alimentée par un
4 générateur d'ultrasons.
Différentes autres variantes de réalisation du procédé peuvent être mises en eeuvre. L'une de ses variantes consiste à exposer une surface du polymère à, une première source de rayonnement thermique, la surface opposée à une seconde source de rayonnement thermique et d'appliquer simultanément des vibrations ultrasoniques.
L'on peut également transmettre les vibrations ultrasoniques indirectement au polymère en mettant la sonotrode en contact avec un liquide intermédiaire qui est en contact avec une surface de ce polymère.
Dans toutes les variantes, les sources de rayonnement ont une température comprise entre 100° et 500° C et la fréquence des vibrations ultrasoniques transmises est comprise entre 15 et 60 kHZ.
On a constaté que pour des produits réalisés en un polymère thermofusible tel que du polyéthylène téréphtalate (PET) ayant quelques millimètres d'épaisseur, 1e temps de l'exposition à une source de rayonnement thermique, nécessaire pour les rendre suffisamment propres à un traitement de thermoformage, est compris entre 1 et 10 secondes et de préférence voisin de 3 secondes.
Par ailleurs ce polyéthylène téréphtalate ne subit aucune cristallisation à
une température égale ou supérieure à la température de transition vitreuse qui est généralement supérieure à 70°C.
Enfin on constate que la structure devient anisotrope et que les chaïnes moléculaires des polymères thermofusibles s'orientent dans une direction préférentielle parallèle à l'axe de propagation des vibrations ultrasoniques.
Ces phénomènes empêchent (arrêt de la propagation des ultrasons dans la matière dès que la transition vitreuse est atteinte.
On améliore encore ces résultats en appliquant les vibrations ultrasoniques de façon intermittente. La direction de Taxe de propagation des vibrations-
Différentes autres variantes de réalisation du procédé peuvent être mises en eeuvre. L'une de ses variantes consiste à exposer une surface du polymère à, une première source de rayonnement thermique, la surface opposée à une seconde source de rayonnement thermique et d'appliquer simultanément des vibrations ultrasoniques.
L'on peut également transmettre les vibrations ultrasoniques indirectement au polymère en mettant la sonotrode en contact avec un liquide intermédiaire qui est en contact avec une surface de ce polymère.
Dans toutes les variantes, les sources de rayonnement ont une température comprise entre 100° et 500° C et la fréquence des vibrations ultrasoniques transmises est comprise entre 15 et 60 kHZ.
On a constaté que pour des produits réalisés en un polymère thermofusible tel que du polyéthylène téréphtalate (PET) ayant quelques millimètres d'épaisseur, 1e temps de l'exposition à une source de rayonnement thermique, nécessaire pour les rendre suffisamment propres à un traitement de thermoformage, est compris entre 1 et 10 secondes et de préférence voisin de 3 secondes.
Par ailleurs ce polyéthylène téréphtalate ne subit aucune cristallisation à
une température égale ou supérieure à la température de transition vitreuse qui est généralement supérieure à 70°C.
Enfin on constate que la structure devient anisotrope et que les chaïnes moléculaires des polymères thermofusibles s'orientent dans une direction préférentielle parallèle à l'axe de propagation des vibrations ultrasoniques.
Ces phénomènes empêchent (arrêt de la propagation des ultrasons dans la matière dès que la transition vitreuse est atteinte.
On améliore encore ces résultats en appliquant les vibrations ultrasoniques de façon intermittente. La direction de Taxe de propagation des vibrations-
5 ultrasoniques est choisie en fonction de la géométrie des objets à
thermoformer. S'il s'agit d'objets allongés, on applique de préférence les ultrasons selon une direction qui correspond à la plus grande longueur de ces objets. L'alignement des chaînes moléculaires s'effectue selon cette direction et favorise la propagation des vibrations ultrasoniques.
thermoformer. S'il s'agit d'objets allongés, on applique de préférence les ultrasons selon une direction qui correspond à la plus grande longueur de ces objets. L'alignement des chaînes moléculaires s'effectue selon cette direction et favorise la propagation des vibrations ultrasoniques.
Claims (7)
1. Procédé pour augmenter la vitesse de transmission de la chaleur par convection thermique dans un polymère thermofusible, caractérisé en ce que l'on expose ledit polymère simultanément à au moins une source de rayonnement thermique et à des vibrations ultrasoniques, et en ce que l'on transmet lesdites vibrations ultrasoniques audit polymère thermofusible en appliquant directement sur une surface dudit polymère au moins une sonotrode alimentée par un générateur d'ultrasons.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on expose une surface dudit polymère à une première source de rayonnement thermique et la surface opposée dudit polymère à une seconde source de rayonnement thermique.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on transmet lesdites vibrations ultrasoniques audit polymère thermofusible en mettant au moins une sonotrode en contact avec un liquide intermédiaire qui est en contact avec une surface dudit polymère.
4. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdites sources de rayonnement thermique ont une température comprise entre 100°
et 500°C.
et 500°C.
5. Procédé selon ta revendication 1, caractérisé en ce que la fréquence des vibrations ultrasoniques transmises est comprise entre 15 et 60 kHz.
6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le polymère thermofusible est un polyéthylène téréphtalate, caractérisé en ce que le temps d'exposition à la source de rayonnement thermique est compris entre 1 et 10 secondes et de préférence approximativement égal à 3 secondes.
7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on applique les vibrations ultrasoniques par intermittence.
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|---|---|---|---|
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