Installation pour la formation d'une feuille continue, à orientation moléculaire,
en polymère organique thermoplastique.
La présente invention a pour objet une installation pour la formation d'une feuille continue, à orientation moléculaire, en polymère organique thermoplastique dépourvu de solvant.
I1 est bien connu que la résistance de certains polymères organiques peut être appréciablement augmentée par étirage, de manière à orienter les molécules du polymère dans la direction ou les directions dans lesquelles l'effort est appliqué et d'y capturer ainsi les efforts d'orientation. Comme exemples de ces polymères on peut citer les composés de vinyle et des dérivés tels que du polystyrène, chlorure de vinyle et des copolymères de, ou comprenant, ces composés ou dérivés.
Parmi les facteurs à contrôler lors du procédé d'extrusion d'une feuille à orientation moléculaire, se trouvent la température à laquelle le polymère est extrudé, la température à laquelle le polymère est étiré et l'établissement subséquent dans le polymère d'une température capturant les efforts d'orientation introduits par étirage.
Une installation -connue pour la formation d'une feuille continue à orientation moléculaire comprend un dispositif d'extrusion et une filière pour la production d'un ruban continu de polymère, un four pour le conditionnement du ruban extrudé à une température d'étirage optimum, des moyens servant à étirer le ruban à cette dernière tem
pérature, des moyens servant à réduire la
température de la feuille étirée, de manière
à capturer et retenir les efforts d'étirage ou
d'orientation dans le ruban après que celui-ci
a été libéré des moyens d'étirage, et des
moyens sous forme de cylindres de feston
nage situés entre les moyens d'étirage et la
filière pour la réduction ou élimination des
efforts d'étirage dans la partie du ruban située entre les cylindres de festonnage et la
filière d'extrusion.
Comme la température
d'extrusion optimum pour la plupart des
polymères est plus élevée que la température
optimum à laquelle les efforts d'étirage
doivent s'exercer pour établir une orienta
tion moléeulaire, l'inclusion de cylindres de
festonnage qui limitent les efforts d'étirage
à la partie descendante du ruban et rédui
sent ou suppriment les efforts d'étirage de la
partie du ruban sortant de la filière, permet
l'emploi de températures optimums diffé
rentes pour l'extrusion et pour l'étirage, plu
tôt que l'application, du compromis d'nue
seule température d'extrusion et d'étirage.
Dans cette installation connue, les ey
lindres de festonnage sont de préférence ac
tionnés à une vitesse, déterminée d'avance
telle que l'épaisseur du ruban entre la filière
et les premiers cylindres ne soit pas appré
diablement réduite. De cette manière, il n'y
aura pas d'étirage appréciable du ruban
entre l'ex-trémité de la filière et les cylindres.
L'actionnement du ruban par les cylindres peut être facilité en réglant la température des cylindres de telle manière que le ruban adhère lui peu aux cylindres. De préférence, l'effet, de la température des cylindres sur le ruban n est réglé de telle manière qu'il y ait refroidissement superficiel du ruban, en laissant plus ou moins de chaleur dans le ruban pour faciliter son réchauffage à une température inférieure déterminée en vue de l'opération d'étirage.
L'obtention sur le ruban des effets désirés dépend largement de l'enveloppement angu- laire total du ruban autour Ides cylindres de festonnage et, dans la pratique, il a été trouvé désirable de pouvoir régler l'importance de cet enveloppement.
L'installation faisant l'objet de l'invention est caractérisée en ee qu'elle comprend une filière servant à l'extrusion du polymère sous forme de ruban à une température d'extrusion choisie, des moyens d'étirage servant à étirer le ruban de la filière à une vitesse plus grande que la vitesse d'extrusion, des moyens intermédiaires entre la filière et les moyens d'étirage pour le refroidissement superficiel, de chaque partie successive du ruban n extrudé et pour réduire l'effort d'éti- rage sur la partie du ruban sortant de la filière, lesdits moyens intermédiaires comprenant ime pluralité de cylindres de festonnage du ruban et des moyens pour faire varier la position d'un desdits cylindres par rapport aux autres,
afin de faire varier le degré d'enveloppement du ruban autour de ce cylindre et autour des deux cylindres adjacents audit cylindre, pendant que le ruban est étiré d'unie manière continue à travers lesdits moyens intermédiaires.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, ime forme d'exécution de l'installation faisant l'objet de l'invention:
Fig. 1 est une vue en élévation et en coupe de cette forme d'exécution, la coupe étant effectuée suivant la ligne 1-1 de la fig. 2.
Fig. 2 en est une vue de face, partiellement en coupe suivant la ligne L2 de la fig. 1.
Fig. 3 en est une vue à partir de la ligne 3-3 de la fig. 2.
Fig. 4 en est une vue à partir de la ligne 44 de la fig. 2.
En se reportant à la fig. 1, l'installation représentée comprend une filière d'extrusion
D à travers laquelle un polymère organique chauffé, tel que du polystyrène, peut être forcé par exemple au moyen d'im dispositif d'introduction forcée (non montré), et extrudé sous la forme d'un ruban plat R, un ensemble de cylindres de festonnage C comprenant six cylindres de festonnage, la position de deux d'entre eux pouvant être réglée afin. de faire varier entre de larges limites l'enveloppement ou enroulement du ruban B autour des cylindres, et des moyens d'étirage pour étirer le ruban sous la forme d'une feuille à orientation moléculaire. La filière D n'est montrée qu'en partie, les moyens d'étirage comprenant des griffes G pour tenir le ruban.
En se reportant plus particulièrement à l'ensemble de cylindres de festonnage C, six cylindres actionnés sont prévus supportés de manière à pouvoir tourner parallèlement entre eux dans des paliers appropriés. Plus particulièrement, l'ensemble comprend une base 1 ayant une paire de flasques verticaux parallèles 2 et 3, et dans ces derniers se trouvent logés des supports 4b, 5b, 7b et 9b pour les cylindres de festonnage 4, 5, 7 et 9.
Des supports correspondants (non montrés) sont prévus dans le flasque 2 qui supportent les autres extrémités des cylindres. Le cylindre 4 se trouve adjacent à la filière D et en contact avec la face inférieure du ruban
R à mesure que celui-ci est extrudé horizontalement de la filière. Les cylindres 5, 7 et 9 sont logés en dessous du cylindre 4 et, ainsi qu'illustré dans la fig. 1, avec l'axe de rotation du cylindre 9 plus haut que celai du cylindre 7 et espacé de ce dernier axe et avec l'axe de rotation du cylindre 7 plus haut que celui du cylindre 5 et espacé de ce dernier rixe. L'arrangement des cylindres 5, 7 et 9 est tel que les griffes Cr peuvent saisir et étirer
Le ruban R en direction horizontale du cylindre 5 sans établir un contact du ruban rvec les cylindres 7 et 9.
Les flasques 2 et 3 sont pourvus de deux paires de coulisses verticales opposées 10a, 10b et lia, 11b, dans lesquelles des blocs de support 10 et 11 respectivement sont montés de manière à pouvoir recevoir un mouvement vertical. Fixés aux extrémités des blocs 10 et 11 se trouvent des supports 6a, 6b et 8a, 8b de cylindres Ide festonnage 6 et 8 réglables verticalement. Le e cylindre 6 est réglable verticalement entre les cylindres 5 et 7; et le cylindre 8 est également réglable entre les cylindres 7 et 9.
Ainsi, comme on peut le voir à la fig. 1, le cylindre 6 petit être déplacé d'une position en dessous des cylindres 5 et 7, où il est hors de contact avec le ruban R, dans une position an-dessns des cylindres 5 et 7 où il établit un contact d'enveloppement qui festonne le ruban. D'une manière similaire, le cylindre 8 peut être déplacé d'unie position en dessous des cylindres 7 et 9 où il est hors de contact avec le ruban, Idans une position au-dessus des cylindres 7 et 9 où il établit un contact t d'enveloppement, le ruban étant festonné davantage.
Ainsi qu'illustré dans les fig. 1 et 2, le réglage vertical de chaque bloc de support 10 et 11 et des cylindres 6 et 8, respectivement montés sur eux, se fait au moyen de vis 12 disposées verticalement, qui supportent les blocs 10 et 11 adjacents à leurs extrémités. Chaque bloc 10 et 11 est prévu avec deux de ces vis 12, dont les extrémités supérieures présentent des boîtes 13 fixées au moyen de boulons 14 aux côtés inférieurs des blocs 10 et 11, et qui en même temps sont empêchées ;de tourner par des chevilles 15.
Chaque vis 12 est supportée par une douille 16 filetée intérieurement et qui, à son tour, est supportée par r un palier de butée 17 fixé au moyen de boulons 18 à la base 1. Une roue à denture hélicoïdale 19 est fixée à l'extrémité inférieure de chaque douille 16. La paire de roues 19, 19 pour la paire de vis associée au bloc 10 et entraînée par une paire de vis sans fin 20, 20 fixée à un arbre 21 monté à rotation dans des parties 22 des paliers 17. De même, une deuxième paire Ide vis sans fin analogues 20, 20 est fixée à un second arbre 23 pour actionner la paire de vis associée au bloc 11.
Les deux arbres 21 et 23 peuvent être tournés manuellement au moyen de volants 21a et 23a, les paires ainsi actionnées de roues 19, 19 et de vis sans fin 20, 20 agissant soit pour soulever, soit pour abaisser simultanément, d'une quantité égale les deux extrémités du bloc de palier supporté 10 (ou 11) et le cylindre 6 (ou 8).
En se reportant maintenant aux détails des cylindres de festonnage 4 à 9 inclusivement, ils sont de construction et arrangement similaires des parties. Plus particulièrement, chaque cylindre comprend un arbre creux 24 fermé à l'une, des extrémités par un bouchon 25. La surface externe de chaque arbre 24 est de préférence rodée et polie, afin de diminuer la tendance à la production de défauts dans la feuille plastique qui vient en contact avec elle. La température de chaque arbre est contrôlée en admettant à l'intérieur un liquide refroidisseur à travers un tube interne concentrique d'alimentation 26 relié à une connexion d'alimentation 27. Le liquide refroidisseur est introduit à travers l'espace annulaire entre l'arbre 24 et le tube 26 et est évacué par le tube 26.
Des connexions fixes 28 servent à amener le liquide aux espaces annulaires des cylindres rotatifs 4, 5, 7, 9. Ces connexions sont constituées par des joints rotatifs d'un type connu qui permettent d'introduire et d'évacuer un fluide chauffant, par exemple de l'eau tiède, dans le cylindre en rotation tout en maintenant l'étanchéité. Celle-ci est obtenue par une bague en carbone de surface sphérique pressée contre la partie en mouvement au moyen d'un ressort.
Afin de prévoir un actionnement approprié pour chacun des cylindres, des pignons 4d, 5d, 6d, 7d, 8d et 9d sont fixés respectivement à chaque cylindre près des connexions 28. Ainsi que montré dans la fig. 3, îme chaîne 29 avec des pignons fous 30 et 31 et un pignon moteur 32 constituent avec les pignons 4d, 5d, 7d et 9d un dispositif d'actionnement des cylindres 4, 5, 7 et 9. Ainsi que montré dans la fig. 3, les pignons fous 30 et 31 sont montés à rotation sur des goujons fixés au flasque 2 et le pignon moteur 32 est fixé à l'arbre moteur 33 qui est supporté à rotation dans des éléments de support 34a et 34b fixés à la base 1.
La rotation de l'arbre moteur se fait par le pignon 35 et par un dispositif à chaîne (non montré) à vitesse variable ou autre source d'énergie appropriée qui permet la synchronisation de la vitesse d'extrusion du ruban et de la vitesse périphérique des cylindres de festonnage.
Egalement fixé à l'arbre 33 se trouve un pignon moteur 36 qui avec les pignons 6d et 8d, une chaîne 37 et un pignon fou 38 forment le dispositif d'actionnement des cylindres 6 et 8. Ainsi que montré Idans la fig. 4, ce dispositif comprend aussi un pignon 39 supporté à rotation sur l'extrémité externe d'un bras de levier 40 qui bascule librement sur l'arbre 33, de manière à permettre un réglage vertical des cylindres 6 et 8 entre leurs positions montrées en plein et en pointillé dans la fig. 4 sans interrompre l'actionnement des cylindres.
Lors du fonctionnement de l'installation représentée, le polymère organique, tel que le polystyrène, dont on doit former une feuille, est chauffé à une température d'extrusion optimum (187 C) et pendant qu'il est sans solvant, il est extrudé de manière continue à travers la filière D sous la forme d'lm ruban R qui est avancé de manière continue par les cylindres 4 à 9 inclusivement vers les griffes a, et ces dernières tirent le ruban longitudi- nalement depuis les cylindres ainsi que transversalement. La température du ruban peut être réglée d'une manière déterminée d'avance dans un ou plusieurs fours qui chauffent le ruban formé et sont disposés immédiatement après les cylindres de festonnage, soit au-dessus, soit en dessous du ruban.
De préférence, on fait tourner l'arbre moteur 33 de manière à synchroniser approximativement la vitesse périphérique du cylindre 4 avec la vitesse d'extrusion du ruban.
Le ruban R passe d'abord d à travers les cy- lindres dans la position illustrée en traits pleins dans la fig. 1 avec les griffes G faisant avancer le ruban vers l'avant plus vite que la vitesse d'extrusion et avec l'allongement conséquent nécessaire du ruban se faisant dans le ruban entre les griffes et la filière. Comme le ruban dans la position en traits pleins montrée dans la, fig. 1 n'engage que les cylindres 4 et 5, l'enveloppement angulaire total du ruban autour des cylindres est faible et le glissement du ruban sur les cylindres peut avoir lieu, de sorte que des efforts d'étirage sont exercés sur la partie de ruban entre la filière et le cy lindre 4.
Puisque le ruban n est de préférence extrudé à une température de 1870 C ou à température plus élevée, la température relativement élevée agit pour relâcher l'orientation des molécules du ruban dans la partie située entre la filière et le cylindre 4, cette température devant être suffisamment basse pour que le polymère conserve son élasticité.
Afin de libérer la portion de ruban adjacente à la filière des efforts de traction développés par les griffes G, les cylindres 6 et 8 sont soulevés au moyen de leurs volants à main respectifs 91a et 23a, les cylindres 6 et 8 se déplaeant des positions montrées en traits pleins (fig. 1) d'abord en contact avec le ruban R et de là dans les positions qu'ils occupent en traits interrompus dans la fig. 1, en festonnant ainsi le ruban R, comme montré en traits interrompus. Il est clair que le degré d'enveloppement du ruban R autour de chacun des cylindres 5, 6, 7, 8 et 9 et, par conséquent, l'effort de traction dans la partie de ruban comprise entre chaque paire adjacente de cylindres pourra être contrôlée en réglant la disposition verticale des cylindres 6 et 8.
Il est également clair que le réglage peut se faire sans interrompre l'extrusion continue et les opérations d'étirage.
Afin de maintenir le contact nécessaire entre les cylindres 4 à 9 inclusivement et le ruban R de telle sorte que chaque cylindre exerce une traction à frottement sur le ruban, il est nécessaire d'exercer un léger effort de traction sur la partie de ruban comprise entre la filière D et le cylindre 4, afin de faire avancer le rab an. Un certain étirage du ruban très faible doit également se produire entre chaque paire de cylindres adjacents. Il a été trouvé que lorsqu'il y a une tendance à la production d'étirage par sauts, qui se trahit par un glissement périodique plutôt qu'uniforme sur les cylindres, plus particulière- ment sur les cylindres 8 et 9, cet état peut être eonsidérablement corrigé en accélérant la vitesse desdits cylindres.
Ainsi par exemple, si les pignons 4d, 5d et 6d sont prévus chaeun avec 30 dents, le pignon 7d pourra être prévu avec 29 dents; le pignon 8d avec 28 dents et le pignon 9d avec 27 dents. Cela tend à assurer l'uniformité dans le glissement du ruban R sur les cylindres ainsi qu'une extension uniforme conséquente et une réduction uni forme correspondante de la largeur du ruban ,quand il passe sur les cylindres.
Quand la matière employée est du polystyrène, le cylindre 4 est de préférence refroidi vers 16 C par de l'eau de eircula-
tion à cette température pour éviter le collage de la feuille, et les cylindres restants 5, 6, 7, 8 et 9 sont chauffés à une température de 66 à 880 C en faisant circuler de l'eau à cette température, afin que la feuille reste suffisamment déformable.