Procédé de fabrication d'une feuille continue en polymère thermoplastique
et installation pour la mise en oeuvre de ce procédé.
La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'une feuil] e continue en polymère thermoplastique et une installation pour la mise en oeuvre Ide ce procédé.
Le procédé faisant l'objet de l'invention cst caractérisé en ce qu'on chauffe un polymère dépourvu de solvant à la température nécessaire pour l'extruder, en ce qu'on l'ex tnuie à ladite température hors d'une trémie sous la forme d'un ruban chaud continu, en ce qu'on festonne ledit ruban sur une série de cylindres, en ce qu'on maintient le premier desdits cylindres à environ 160 C, en ce qu'on maintient les cylindres de festonnage subsé- quents à une température en dessous de ladite température d'extrusion, mais au-dessus du point de ramollissement du polymère,
en ce qu'on effectue l'étirage et la traction dudit ruban hors desdits cylindres à une vitesse plus grande que la vitesse d'extrusion et en ce qu'on refroidit le ruban lors de l'étirage.
L'installation pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus est caractérisée en ce qu'elle comprend ime trémie pour l'extrusion sous forme de ruban du polymère à la température nécessaire pour l'extruder, des moyens d'étirage du ruban pour étirer le ruban à une vitesse plus grande que la vitesse d'extrusion, des moyens disposés entre la trémie et lesdits moyens d'étirage pour le refroidissement su perficiel de chaqne partie du ruban extrudé, lesdits moyens intermédiaires comprenant une pluralité de cylindres de festonnage du ruban, des moyens pour faire varier le degré d'enveloppement du ruban autour desdits cylindres pendant que ledit ruban est étiré à travers lesdits moyens intermédiaires,
et des moyens pour maintenir le premier desdits cylindres à environ 160 C et pour maintenir les cylindres de festonnage subséquents à une température en dessous de la température d'extrusion, mais au-dessus du point de ramollissement du polymère.
Une mise en oeuvre particulière du procédé faisant l'objet de l'invention est décrite ei dessous, à titre d'exemple, en regard du dessin annexé qui représente une forme d'exécution particulière de l'installation servant à cette mise en oeuvre et donnée à titre d'exemple.
Fig. 1 est une vue en élévation latérale et en partie en coupe de ladite forme d'execu- tion, la coupe étant effectuée suivant la ligne I-I de la fig. 3.
Fig. 2 est une vue plus détaillée, également en élévation latérale et à échelle plus grande d'nue partie de l'installation de la fig.1.
Fig. 3 est ime vue de cette partie en coupe suivant la ligne III-III de la fig. 2.
Fig. 4 est une vue de cette partie en coupe suivant la ligne IV-IV de la fig. 3.
En se reportant à la fig. 1, l'on verra que les parties principales de l'installation représentée sont: une trémie d'extrusion D à travers laquelle on peut forcer, par exemple, au moyen d'un dispositif d'introduction forcée, m polymère organique chauffe, tel que du polystyrène, et l'extruder sous la forme d'un ruban plat R; un groupe C de quatre cylindres de festonnage, la position de deux de ces cylindres pouvant être réglée de manière à faire varier, entre des limites étendues, l'importance de l'enveloppement du ruban R, et des moyens d'étirage indiqués en G pour l'étirage du ruban en une feuille à molécules orientées. La trémie D est montrée plus ou moins schématiquement.
Les moyens d'étirage comprennent des griffes G pour tenir le ruban R lors de l'étirage.
En se reportant plus particulièrement au groupe de cylindres de festonnage G, il y a quatre cylindres actionnés 1, 2, 3 et 4, supportés de manière à pouvoir tourner dans un châssis approprié et parallèles l'un à l'autre.
Les cylindres 1 et 4 sont supportés dans des paliers fixes situés de telle manière que le cylindre 1 se trouve adjacent à la trémie D et en contact avec la face inférieure du ruban
R, et le cylindre 4 se trouve éloigné de la trémie et en contact avec la face supérieure du ruban quand ce dernier est étiré en direction horizontale par les griffes G depuis la trémie. Les cylindres 2 et 3 sont. situés entre les cylindres 1 et 4 et sur les côtés opposés, auqdessus et en dessous du ruban R, les cy- lindres 2 et 3 ayant des paliers mobiles permettant d'interchanger les positions des cylindres l'une par rapport à l'autre.
Ainsi, comme on peut le voir dans la fig. 1, le cylindre 2 peut être déplacé d'une position audessus du cylindre 3 et hors contact avec le ruban R, en contact enveloppant et dans une position en dessous du cylindre 3, en feston nant ainsi le ruban.
Pour les détails du groupe C, on peut se reporter aux fig. 2 et 3. Ce groupe comprend un châssis de base 5 ayant une paire d'éléinents latéraux verticaux parallèles espacés 6 et 7 dans lesquels les cylindres 1 et 4 sont montés de manière à pouvoir tourner. Dans les éléments latéraux 6 et 7 sont prévues des ouvertures circulaires opposées dans lesquelles des chemins de support 6a et 7a supportent, de manière à permettre leur rotation, des éléments d'extrémité circulaires 8 et 9 servant de support des cylindres 2 et 3. Deux fers en
L, 10 et 11, sont soudés à leurs extrémités aux éléments circulaires d'extrémité 8 et 9. Cha cun des éléments d'extrémité 8 et 9 présente quatre rainures circulaires 12 équidistantes dans lesquelles sont fixés des galets 13 en contact avec les chemins 6a et 7a.
Les cylindres 2 et 3 sont disposés diamétralement l'un par rapport à l'autre dans la paire d'éléments circulaires d'extrémité 8 et 9
dont la position est réglable entre des limites
qui dépassent quelque peu 1800. Une roue hélieoïdale 14 ayant une denture 15 découpée
sur un peu plus de 1800 de sa périphérie est
fixée au moyen de boulons 15a à la plaque d'extrémité 8. Une vis sans fin 16 actionnée
à la main est prévue pour orienter angulai
rement les éléments 8 et 9 et les cylindres
2 et 3 dans une position désirée entre les
limites permises par les dents 15.
Un doigt in
dicateur 17 est prévu pour placer facilement
les cylindres 2 et 3 dans les positions requises, et un mécanisme de verrouillage 18 actionné
à la main est également prévu pour fixer la
vis sans fin 16 et la roue hélicoïdale 15 et,
par conséquent, les cylindres 2 et 3 dans la
position de réglage requise.
En se reportant maintenant aux détails
des cylindres de festonnage 1, 2, 3 et 4, ils se
ressemblent dans leur construction et arran
gement des parties et, par eonséquent, la des
cription de l'un d'eux suffira comme descrip
tion de tous. Plus particulièrement, chaque
cylindre comprend un arbre interne 19 espacé
d'un arbre concentrique extérieur 21 et monté
à rotation, par exemple au moyen de coussi
nets 20. L'espace annulaire entre les arbres
internes 19 et 21 constitue un chenal 22 pour
l'écoulement de fluide de refroidissement pou
vant y être alimenté par les alésages concen
triques 24 et des passages communicants 23
disposés radialement près des extrèmités des
arbres internes 19.
Des anneaux de bourrage
appropriés 25 sont prévus pour réduire la
perte de liquide de refroidissement de l'espace
situé entre les extrémités des arbres coneen triques 19 et 21.
Chacun des arbres externes est bui-meme monté à rotation au moyen de coussinets 26 dans les plaques circulaires d'extrémité 8 et 9, les colliers 27 étant prévus pour réduire le jeu d'extrémité dans les coussinets. Egalement fixés à l'arbre externe 21 de chaque cylindre 1 à 4 inclusivement se trouvent des pignons la, 2a, 3a et 4a, qui, avec une chaîne 28, forment les moyens servant à l'entraînement des cylindres. Ainsi que montré dans les fig. 1 à 4, des pignons supplémentaires 29 et 30 sont montés, de manière à pouvoir tourner et espacés dans le sens vertical, sur des saillies 31 et 32 fixées au châssis 5.
Un autre pignon 33 est monté à rotation, en alignement avec les autres pignons, sur un bras articulé 34, le pignon 33 et le bras 34 constituant un mé canisme de rappel pour la chaîne quand les positions des cylindres 2 et 3 sont déplacées entre les limites permises par l'engrenage hé licoïdal 1.5 5 et la vis sans fin 16.
La chaîne 28 est aetionnée par un pignon moteur 35 qui, à son tour, est actionné par un mécanisme d'actionnement à vitesse variable ou autre source d'énergie appropriée (non montrée), par exemple au moyen d'une chaîne 36 et d'un pignon 37 monté sur l'arbre moteur 35a.
Lors du fonctionnement de l'installation représentée, le polymère organique, tei que le polystyrène, est chauffé à une température d'extrusion de 1880 C et pendant qu'il est en core libre de tout solvant, il est extrudé d'une manière continue à travers la trémie D sous la forme d'un ruban R. Celui-ci est porté de manière continue par les cylindres 1, 2, 3 et 4 vers les pinces a qui peuvent étirer le ruban longitudinalement depuis les cylindres, ainsi que transversalement. Le e ruban extrudé passe d'abord à travers les cylindres dans la position illustrée de manière succincte dans la fig. 1. On étire au moyen des pinces G le ruban vers l'avant à une vitesse plus grande que la vitesse d'extrusion.
Comme le ruban est, de préférence, extrudé à une température de i 880 C, très peu de molécules resteront orientées lors de l'étirage, la température relativement élevée agissant pour relâcher l'orientation avant que la température du ruban n'ait été suffisamment abaissée. Afin de supprimer les efforts développés par les pinces G sur la partie du ruban située entre le cylindre 1 et la trémie, la paire d'éléments 8 et 9 supportant les cylindres 2 et 3 est tournée au moyen de la vis sans fin 16, le cylindre 2 se dépla çant en sens opposé à celui des aiguilles d'une montre depuis la position du cylindre 3 (fig. 1), d'abord en contact avec le ruban R (vue en pointillé) et de là vers la position qu'il occupe dans la fig. 1.
En même temps, le cylindre 3 se déplace dans le sens opposé à celui des aiguilles d'une montre de la position du cylindre 2 dans la position qu'il occupe dans la fig. 1, en festonnant ainsi le ruban R comme montré en traits pleins. Il est clair que la valeur de l'enveloppement du ruban R autour de chacun des cylindres 1, 2, 3 et 4 et, par conséquent, l'effort d'étirage dans la partie de ruban située entre chaque paire adjacente de cylindres et entre la trémie D et le cylindre 1 peut être déterminé en réglant la position des cylindres 2 et 3. Il est également clair que le réglage peut être effectué sans interrompre l'extrusion continue et les opérations d'étirage. L'orientation des molécules s'effectue lors de l'étirage entre les cylindres 2, 3 et 4.
Afin de conserver le contact nécessaire entre les cylindres 1 à 4 inclusivement et le ruban R pour que chaque cylindre exerce une traction à frottement sur le ruban, il peut être nécessaire d'exercer im léger effort d'étirage sur la partie de ruban située entre la trémie D et le cylindre 1. Dans ce but, les moyens d'entraînement des cylindres sont agencés de façon à entraîner le cylindre 1 à une vitesse voisine de la vitesse d'extrusion du ruban.
Un certain étirage du ruban peut aussi avoir lieu entre chaque paire de cylindres adjacents. il a été trouvé que lorsqu'il existe une tendance vers un étirage inégal ou par sauts, trahi par un glissement périodique plutôt qu'uniforme sur les cylindres, plus par ticulièrement sur les cylindres 3 et 4, cette tendance sera appréciablement corrigée en accélérant la vitesse desdits cylindres. Ainsi, par exemple, si les pignons ia et 2a sont & ha- cun prévus avec 30 dents, le cylindre 3 sera prévu avec vingt-neuf dents et le cylindre 4 avec vingt-huit. Cela tend à assurer l'uniformité du léger glissement du ruban sur les cylindres et une extension uniforme conséquente, ainsi qu'une variation uniforme correspondante de la largeur du ruban quand celui-ci passe sur les cylindres.
Le cylindre 1 est maintenu à 160 C par de l'eau de circulation à cette température, et les cylindres restants 2, 3 et 4 sont maintenus à lme température en dessous de la température d'extrusion, mais au-dessus du point de ramollissement du polymère. Lorsque le polymère est du polystyrène, la température des cylindres 2, 3 et 4 est, de préférence, maintenue entre 66 et 880 C.
REVENDICATIONS:
I. Procédé de fabrication d'une feuille continue en polymère thermoplastique, caractérisé en ce qu'on chauffe un polymère dépourvu de solvant à la température nécessaire pour l'extruder, en ce qu'on l'extrude à ladite température hors d'une trémie sous la forme d'un ruban chaud continu, en ce qu'on festonne ledit ruban sur une série de cylindres, en ce qu'on maintient le premier desdits cylindres à environ 160 C, en ce qu'on maintient les cylindres de festonnage subséquents à une température en dessous de ladite température d'extrusion, mais au-dessus du point de ramollissement du polymère, en ce qu'on effectue l'étirage et la traction dudit ruban hors desdits cylindres à une vitesse plus grande que la vitesse d'extrusion et en ce qu'on refroidit le ruban lors de l'étirage.
Process for manufacturing a continuous sheet of thermoplastic polymer
and installation for the implementation of this method.
The present invention relates to a process for manufacturing a continuous sheet of thermoplastic polymer and an installation for carrying out this process.
The process forming the subject of the invention is characterized in that a polymer devoid of solvent is heated to the temperature necessary for the extrusion, in that it is ex tnuie at said temperature outside a hopper under the form of a continuous hot ribbon, in that said ribbon is scalloped on a series of rolls, in that the first of said rolls is maintained at about 160 C, in that the subsequent scallop rolls are maintained quents at a temperature below said extrusion temperature, but above the softening point of the polymer,
in that stretching and pulling of said tape out of said rolls is carried out at a speed greater than the extrusion speed and in that the tape is cooled during stretching.
The installation for carrying out the above process is characterized in that it comprises a hopper for the extrusion in the form of a ribbon of the polymer at the temperature necessary for extruding, means for stretching the ribbon for stretching the tape at a speed greater than the speed of extrusion, means arranged between the hopper and said stretching means for the superficial cooling of each part of the extruded tape, said intermediate means comprising a plurality of scalloping cylinders of the tape, means for varying the degree of wrapping of the tape around said cylinders as said tape is stretched through said intermediate means,
and means for maintaining the first of said rolls at about 160 ° C and for maintaining subsequent scalloping rolls at a temperature below the extrusion temperature, but above the softening point of the polymer.
A particular implementation of the method forming the subject of the invention is described below, by way of example, with reference to the appended drawing which shows a particular embodiment of the installation used for this implementation and given as an example.
Fig. 1 is a side elevational view partly in section of said embodiment, the section being taken along the line I-I of FIG. 3.
Fig. 2 is a more detailed view, also in side elevation and on a larger scale, of part of the installation of fig.1.
Fig. 3 is a view of this part in section along the line III-III of FIG. 2.
Fig. 4 is a view of this part in section along the line IV-IV of FIG. 3.
Referring to fig. 1, it will be seen that the main parts of the installation shown are: an extrusion hopper D through which one can force, for example, by means of a forced introduction device, m organic polymer heats up, such as as polystyrene, and extrude it in the form of a flat ribbon R; a group C of four scalloping cylinders, the position of two of these cylinders being able to be adjusted so as to vary, between extended limits, the extent of the wrapping of the tape R, and the stretching means indicated at G for stretching the tape into a molecule oriented sheet. Hopper D is shown more or less schematically.
The stretching means comprise claws G to hold the tape R during stretching.
Referring more particularly to the group of scalloping cylinders G, there are four actuated cylinders 1, 2, 3 and 4, rotatably supported in a suitable frame and parallel to each other.
Rolls 1 and 4 are supported in fixed bearings located such that roll 1 is adjacent to hopper D and in contact with the underside of the tape
R, and the cylinder 4 is remote from the hopper and in contact with the upper face of the tape when the latter is stretched in the horizontal direction by the claws G from the hopper. Cylinders 2 and 3 are. located between rolls 1 and 4 and on opposite sides, above and below strip R, rolls 2 and 3 having movable bearings allowing the positions of rolls to be interchanged relative to each other.
Thus, as can be seen in fig. 1, the cylinder 2 can be moved from a position above the cylinder 3 and out of contact with the tape R, in enveloping contact and into a position below the cylinder 3, thus scalloping the tape.
For the details of group C, see fig. 2 and 3. This group comprises a base frame 5 having a pair of spaced parallel vertical side members 6 and 7 in which the cylinders 1 and 4 are rotatably mounted. In the side elements 6 and 7 are provided opposite circular openings in which support paths 6a and 7a support, so as to allow their rotation, circular end elements 8 and 9 serving as support for the cylinders 2 and 3. Two irons
L, 10 and 11, are welded at their ends to the circular end elements 8 and 9. Each of the end elements 8 and 9 has four equidistant circular grooves 12 in which rollers 13 are fixed in contact with the tracks 6a. and 7a.
The cylinders 2 and 3 are arranged diametrically with respect to each other in the pair of circular end elements 8 and 9
whose position is adjustable between limits
which slightly exceed 1800. A worm wheel 14 having cut teeth 15
on just over 1800 of its outskirts is
fixed by means of bolts 15a to the end plate 8. A worm 16 actuated
hand is intended to orient angulai
elements 8 and 9 and the cylinders
2 and 3 in a desired position between the
limits allowed by teeth 15.
One finger in
indicator 17 is designed to easily place
cylinders 2 and 3 in the required positions, and an actuated locking mechanism 18
hand is also provided for fixing the
worm 16 and the helical wheel 15 and,
therefore, cylinders 2 and 3 in the
required adjustment position.
Turning now to the details
of the scalloping cylinders 1, 2, 3 and 4, they are
resemble in their construction and arran
of the parties and, consequently, the
description of one of them will suffice as a description
tion of all. More particularly, each
cylinder includes an internal shaft 19 spaced
an outer concentric shaft 21 and mounted
rotating, for example by means of cushion
net 20. The annular space between trees
internal 19 and 21 constitute a channel 22 for
the flow of coolant for
before being fed by the concen
24 and connecting passages 23
arranged radially near the ends of the
internal shafts 19.
Stuffing rings
25 are provided to reduce the
coolant loss from space
located between the ends of coneen triques shafts 19 and 21.
Each of the outer shafts is itself rotatably mounted by means of bearings 26 in the circular end plates 8 and 9, the collars 27 being provided to reduce the end play in the bearings. Also fixed to the outer shaft 21 of each cylinder 1 to 4 inclusive are pinions 1a, 2a, 3a and 4a, which, together with a chain 28, form the means for driving the cylinders. As shown in Figs. 1 to 4, additional gears 29 and 30 are mounted, so as to be able to turn and spaced in the vertical direction, on projections 31 and 32 fixed to the frame 5.
Another pinion 33 is rotatably mounted, in alignment with the other pinions, on an articulated arm 34, the pinion 33 and the arm 34 constituting a return mechanism for the chain when the positions of cylinders 2 and 3 are moved between them. limits allowed by helical gear 1.5 5 and worm 16.
The chain 28 is actuated by a drive sprocket 35 which in turn is operated by a variable speed actuation mechanism or other suitable power source (not shown), for example by means of a chain 36 and 'a pinion 37 mounted on the motor shaft 35a.
During the operation of the installation shown, the organic polymer, such as polystyrene, is heated to an extrusion temperature of 1880 C and while it is still free of any solvent, it is extruded in a continuous manner. through the hopper D in the form of a tape R. This is carried continuously by the cylinders 1, 2, 3 and 4 towards the clamps a which can stretch the tape longitudinally from the cylinders as well as transversely. The extruded tape first passes through the rolls in the position shown succinctly in fig. 1. The tape is stretched forward with the grippers G at a speed greater than the extrusion speed.
As the tape is preferably extruded at a temperature of 1880 ° C, very few molecules will remain oriented during stretching, the relatively high temperature acting to loosen the orientation before the temperature of the tape has been sufficiently warmed. lowered. In order to eliminate the forces developed by the grippers G on the part of the tape located between the cylinder 1 and the hopper, the pair of elements 8 and 9 supporting the cylinders 2 and 3 is rotated by means of the worm 16, the cylinder 2 moving in an anti-clockwise direction from the position of cylinder 3 (fig. 1), first in contact with the tape R (dotted view) and from there to the position that it occupies in fig. 1.
At the same time, the cylinder 3 moves in the opposite direction to the clockwise from the position of the cylinder 2 in the position it occupies in fig. 1, thus scalloping the ribbon R as shown in solid lines. It is clear that the amount of wrapping of the tape R around each of the rolls 1, 2, 3 and 4 and, therefore, the stretching force in the part of the tape between each adjacent pair of rolls and between The hopper D and the cylinder 1 can be determined by adjusting the position of the cylinders 2 and 3. It is also clear that the adjustment can be made without interrupting the continuous extrusion and stretching operations. The orientation of the molecules takes place during the stretching between rolls 2, 3 and 4.
In order to maintain the necessary contact between rolls 1 to 4 inclusive and the tape R for each roll to exert frictional traction on the tape, it may be necessary to exert a slight stretching force on the portion of tape between the hopper D and the cylinder 1. For this purpose, the means for driving the cylinders are arranged so as to drive the cylinder 1 at a speed close to the speed of extrusion of the tape.
Some tape stretching can also take place between each pair of adjacent rolls. it has been found that when there is a tendency towards uneven or skipping stretch, betrayed by periodic rather than uniform sliding on the cylinders, more particularly on cylinders 3 and 4, this tendency will be appreciably corrected by speeding up the speed of said cylinders. Thus, for example, if sprockets ia and 2a are both provided with 30 teeth, cylinder 3 will be provided with twenty-nine teeth and cylinder 4 with twenty-eight. This tends to provide uniformity of the slight sliding of the tape over the rolls and consistent uniform extension, as well as a corresponding uniform variation in the width of the tape as it passes over the rolls.
Roll 1 is kept at 160 C by circulating water at this temperature, and the remaining rolls 2, 3 and 4 are kept at the temperature below the extrusion temperature, but above the softening point. polymer. When the polymer is polystyrene, the temperature of cylinders 2, 3 and 4 is preferably maintained between 66 and 880 C.
CLAIMS:
I. A method of manufacturing a continuous sheet of thermoplastic polymer, characterized in that a polymer devoid of solvent is heated to the temperature necessary for extruding, in that the extrusion at said temperature outside of a hopper in the form of a continuous hot ribbon, in that said ribbon is scalloped on a series of rolls, in that the first of said rolls is maintained at about 160 C, in that the scalloped rolls are maintained subsequent to a temperature below said extrusion temperature, but above the softening point of the polymer, in that stretching and pulling said tape out of said rolls is carried out at a speed greater than the speed d extrusion and in that the tape is cooled during stretching.