Andrews-Alderfer Processing Company, Incorporated, Akron (Ohio, U. S. A.).
Procédé pour la fabrication de fils en caoutchouc.
La présente invention a pour objet un procédé de fabrication de fils en caoutchouc, notamment applicable à la production de fils fins.
Ce procédé est caractérisé en ce qu'on forme une bande de caoutchouc non vuleanisé, on découpe cette bande en un grand nombre de fils en caoutchouc non vulcanisé, on étire ces fils, on fixe ces fils, à l'état étiré, sur une surface, on en élimine les contraintes intérieures tout en les maintenant fixés sur ladite surface, et on vulcanise ces fils. Dans une mise en oeuvre particulière de ce procédé. après découpage de cette bande en fils d'une section relativement importante, ces fils sont étirés en vue de la réduction de la section jusqu'à un degré désiré. Mais l'étirage des fils en caoutchouc non vulcanisé fait naître dans celuici des contraintes et des tensions qui doivent être éliminées avant la vulcanisation finale des fils, cette opération étant appelée relâchement du caoutchouc.
Dans ladite mise en oeuvre, on maintient les fils à l'état d'allongement pendant une période suffisante pour permettre l'élimination des contraintes intérieures.
De préférence, les fils sont maintenus à l'état d'allongement, tandis qu'ils sont soumis à l'action de la chaleur qui vulcanise les fils sans aucune manipulation intermédiaire. Cette manière de procéder empêche la déformation ou détérioration des fils pendant que le caout chouc est maintenu dans un état de très haute sensibilité dans lequel il est très exposé à la déformation on à la détérioration. Dans une mise en oeuvre particulière, les opérations se succèdent d'une façon continue, de sorte que la fabrication a lieu sans aucune interruption.
Il en résulte qu'il est ainsi possible de produire à peu de frais des fils très fins et d'une régularité remarquable.
De préférence, les fils peuvent être munis d'un revêtement protecteur qui les met à l'abri de l'oxygène au cours de la vulcanisation. Ce revêtement facilite également leur glissement à travers les aiguilles de métiers de bonneterie, ce qui réduit les pertes de temps ennuyeuses et coûteuses qui résultent généralement de la confection de tricots élastiques. Ceei constitue un avantage industriel très important. La pellicule de cire ou d'une matière similaire formant le revêtement protecteur réduit également la tendance des fils à adhérer les uns aux autres dans les empaquetages finaux.
Un autre but de l'invention est d'éviter les pertes très appréciables de'caoutchouc ré- sultant des procédés industriels ordinaires utilisés pour, la fabrication de fils en caout chouc par découpage. Les pertes de caoutchou, entraînées par tous les procédés connus pour la. fabrication de fils en caoutchouc par découpage sont principalement dues a fait que le caoutchouc est découpé après la vulcanisation et que les déchets de reetification, inévitables dans tous les procédés de découpage des fils, ne peuvent être traités à nouveau. Dans la fabrication des fils par les procédés couramment employés jusqu'ici, les déchets de l'opération de découpage atteignent fréquemment 30 /o, ee qlli représente une perte économique immense.
Dans la mise en oeuvre du procédé dé- erite ci-a. près, tout le caoutchouc provenant de la rectification,ainsique les déchets résul- tant de découpage de la bande de caoutchouc, peuvent être réintroduitsdans le procédé et traités à nouveau. Ceci est possible parce que la matière première est découpée avant la vulcanisation du caoutchouc, la composition de cette matière première étant telle qu'au moins un élément essentiel à la vulcanisation soit inerte ou non ajouté tant que cette matière première n'est pas transformée en fils.
Le fait d'utiliser les déchets de rectifia- tion et ceux résultant du découpage pour former de nouvelles charges assure une grande amélioration de la qualité du caoutchouc. En effet, on a constaté que les matières premières contenant une proportion appréciable de dé- chets récupérés présentent de meilleures propriétés de traitement et que les fils qui en résultent ont une résistance a la traction su- prieure à celle des fils entièrement fabriqués avec des matières premières fraîches. Les opé- rations de découpage sont.
donc, de préfé- rence, effectuées de manière à fournir une grande quantité de déchets de rectification formant la proportion désirée à réintroduire dans les charges consécutives.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une installation pour la mise en oeuvre d'une forme d'exécution partiaulière du procédé selon l'invention. Sur ce dessin, on n'a pas cherché à maintenir les proportions entre l'épaisseur de la bande on des fils de caoutchouc et les dimensions des différents organes de l'installation. Les fils sont en réalité très fins et découpés en grand nombre, et il serait pratiquement impossible de représenter les proportions exactes entre la bande initiale et les fils sortants. Les diffé- rents appa. reils sont indiqués schématiquement, et les différents appareils constituant cette installation peuvent être des appareils connus.
Les fig. 1 et constituent ensemble une vue en élévation latérale de ladite installation. La fig. 1 montre le prolongement vers la droite de la. partie de l'installation indiquée sur la fig. 1.
Les fig. 2 et 2A sont des vues en plan similaires de l'installation.
Une bande en caoutchouc non traité, dans laquelle doivent être découpés des fils, est indiquée en 1. Elle provient d'une bobine 2, sur laquelle elle est enroulée avec interposi- tion d'une bande intercalaire appropriée 3, de préférence en papier ciré, sur laquelle est saupoudrée une légère couche régulière de stéatite ou'd'une autre poudre similaire. Les bandes sont bobinées avec une tension élevée pour éviter l'affaissement des bandes de ma tière première et intercalaire pendant la con servation de la bobine.
Il y a lieu d'insister sur ce que le caoutchouc utilisé dans ladite mise en oeuvre du procédé n'est pas vulcanisé, ce qui différeneie ee procédé des procédés connus pour la fabrication de fils en caoutchouc par déeoupage. Il en résulte un grand avantage parce que les déchets de rectification et de découpage peuvent être réintroduits dans de nouvelles eharges pour la préparation de la matière première.
Il y a. également lieu de noter que la composition de la matière première est, de préfé- rence, telle qu'au moins un élément, essentiel pour la vulcanisation, soit inerte ou absent, cet élément n'étant par la suite activé ou ajouté que lorsque la matière première est transformée en fils. Cette particularité n'est pas seulement destinée à permettre la remise en traitement des déchets provenant du dé eoupage, mais elle doit également empêcher la vulcanisation prématurée ou partielle au cours des opérations de malaxage et de ealehdrage, nécessaires à la confection de la bande 1.
Les exemples ei-après indiquent quelques matières premières qui peuvent être utilisées.
Bien entendu, il ne s'agit que de simples exemples qui peuvent donner lieu à de nombreuses variantes et modifications :
A B
Caoutchouc 100 1Q0
GR-S 50 5 5
Antioxydant 1 1
Adoucissant (évent.) 2 2
Sulfure de zinc 5 à 20 5 à 20
Oxyde de zinc 2 à 5 2 à 5 Diphényle guanidine 0, 4 0, 4
Soufre néant 2, 0
Tétrone A 1, 25 à 2, 5 néant Bénite A néant 0, 5 (Tétrone A = tétrasulfure de dipentaméthv- lène-thiurame).
(Zénite A = 97 I/o de sel de zinc de mereapto
benzothiazol)
(3 ? de monosulfure de tétraméthylthiu-
rame).
Le tétrone A est un accélérateur au soufre, contenant une proportion de soufre suffisante pour assurer la vulcanisation dans la dernière phase du procédé, mais ce soufre est maintenu inactif ou enfermé dans le tétrone A jusqu'au moment où la matière première subit le dernier traitement dans les dernières opérations du procédé. Le soufre est danc inerte dans la formule A précitée, et cette particularité équivaut en fait à l'addition du soufre à la matière première pendant les dernières opérations du procédé.
Dans la formule B, tous les éléments né- cessaires à la vulcanisation sont présents, mais la vulcanisation est lente et peut être acné- lérée pour être terminée après la période né cessaire, par traitement de la matière.
Dans chacune des formules A et B, on peut utiliser une petite proportion d'un retarteur de vulcanisation usuel, comme élément de sécurité, pour empêcher le durcissement prématuré de la matière première.
L'acide salicylique est un des produits qui peuvent être utilisés à cet effet.
Il y a lieu de noter que, dans chacune des deux formules, la matière première reste non vulcanisée et peut être réutilisée pour la mise en oeuvre du procédé après le découpage.
Pour ces formules, il est préférable d'uti- liser du caoutchoue naturel. Cette préférence provient de ce que le caoutchouc naturel se vulcanise plus rapidement A il'air que tous les caoutchoucs synthétiques connus. Mais'ceci n'exclut pas l'utilisation d'un caoutchouc synthétique quelconque. Le néoprène est cou ramment. utilisé dans la fabrication de fils en caoutchouc, et le procédé peut être mis en oeuvre avec ce néoprëne, la, durée de vuleanisation finale, ainsi que la manière de procéder étant alors modifiées d'après les règles connues, valables pour ce genre particulier de caoutchouc synthétique.
Pour l'obtention de résultats aussi favorables que possible, la teneur en caoutchouc des formules précitées doit comprendre une large proportion de déchets, c'est-à-dire de déchets non vulcanisés provenant de la, rectification et du découpage. De préférence, une proportion de 25 /o de ce caoutchouc est constituée par des déchets et l'opération de découpage est conduite de façon à fournir une grande quantité de'ces déchets à cet effet. Accessoirement, cette rectification faite en apparence avee gaspillage est réellement avantageuse, étant donné qu'il est plus facile de découper la matière première si la proportion du déchet ne constitue pas une perte.
La matière première, qu'elle corresponde aux formules A, B ou à une autre formule équivalente, est malaxée et on la laisse ensuite vieillir pendant quelques jours avant de la réchauffer pour le calendrage. Ce calendrage, destiné à produire la bande 1, peut être effectué d'une manière appropriée quelcon- que. On peut le pratiquer de façon à obtenir une feuille simple ou double. Cette dernière manière est préférable parce qu'elle permet mieux d'éviter la présence de points d'épaisseur trop grande ou trop faible dans la bande finale.
De préférence, on laisse vieillir la bande ainsi obtenue pour lui permettre de récupérer le nerf. A noter que l'enroulement serré de la bande dans la bobine 2 empêche la Edéformation pendant cette période de vieillissement.
L'épaisseur de la bande 1 est déterminée pa. r la grosseur du fil final à obtenir et par le degré d'étirage des fils auprès leur décou page dans la bande. Quoique les dimensions ne soient pas essentielles, et qu'on dispose d'une grande latitude, on peut utiliser pour un produit final sous la forme d'un fil d'une grosseur de 0, 4 mm, une bande d'une épaisseur de 0, 625 mm, les fils découpés ayant eux mêmes une grosseur de 0, 625 mm, qui sont étires en deux temps pour l'obtention d'un fil final de section carrée dont la grosseur est très approximativement égale à la grosseur finale désirée.
En partant de la. bobine 2, la bande 1 et l'intercalaire 3 traversent une machine usuelle à épisser indiquée en 5. Cette machine est agencée de façon que l'extrémité d'une bande puisse être raccordée bout à bout à l'extrémité de la bande suivante pour l'obtention de fils continus.
En sortant de la machine à épisser, la bande passe sur un rouleau 6 où l'intercalaire est séparé de la bande 1 et passe lui-même dans un train de rouleaux d'entraînement 8. 9 et 10 dont un ou plusieurs sont directement actionnés pour entraîner la bande au-delà de ee point. Tant que la bande 1 est entraînée par l'interealaire, il ne se produit aucun éti- rage de cette bande qui conserve ainsi l'épais seur initiale.
Après le passage de la bande 1 sur le rou- leau 6, cette bande arrive sur un rouleau por- teur 12 et passe ensuite sous un rouleau 13 immergé dans un bain 14. Le but de ce bain 14 est de faciliter le découpage de la bande en fils séparés.
Le bain est, de préférence, constitué par une solution de savon qui mouille les deux faces de, la matière première, de façon que les fils puissent être tirés à travers des couteaux sans l'emploi de raclettes ou d'autres éléments destinés à détacher les fils fraîchement découpés des faces des cou teaux. On connaît un certain nombre de solu- tions de savon pouvant être utilisées à cet effet.
L'étirage et l'orientation sont grandement améliorés lorsque la matière première est chauffée avant son découpage en fils. Le chauffage de la matière première sous la forme d'une bande élimine dans une certaine mesure les contraintes qui seraient autrement introduites dans les fils au moment où ceuxei sont étires. Il devient ainsi possible d'allonger davantage des fils que lorsqu'on n'applique pas ce chauffage préalable. Dans l'ins- tallation représentée, on obtient ces résultats favorables en utilisant la solution de savon comme agent de chauffage. Il est cependant bien entendu que le chauffage de la matière première, en vue du relâchement de la bande de caoutchouc, n'est pas nécessairement loealisé en ee point du procédé.
L'essentiel est que ce chauffage soit effectué avant le découpage de la bande en fils.
En sortant du bain 14, la bande, portée à la température appropriée et munie sur ses deux faces d'un revêtement lubrifiant, est conduite sur un rouleau 15 directement vers des couteaux qui découpent la bande en un grand nombre de fils. L'ensemble des couteaux est indiqué en 16. Des appareils de ce genre, comprenant deux groupes de couteaux eirculaires se chevauchant, sont. bien connus.
Sur la fig. 2 du dessin, on n'a pas cherehé à indiquer le nombre de fils découpés par un unique passage à travers la machine. On obtient toujours une proportion appréciable de déchets de rectification aux deux bords de la bande. Ces déchets tombent en ce point et sont recueillis de la manière indiquée en 18 de la fig. 1.
La matière première sortant des couteaux 16, alors transformée en un grand nombre de fils, passe dans un deuxième bain 20 sous un rouleau 21 et sur un rouleau 22, ensuite à travers un peigne 23 et sous un rouleau 25 immergé dans un troisième bain 27, pour traverser ensuite un peigne 28. Les fils arrivent ainsi sur une courroie de vulcanisation 30.
Le rouleau 21 est entraîné en rotation à une vitesse supérieure à la vitesse d'entrée de la matière entre les couteaux, en vue d'obtenir l'allongement et l'amincissement des multiples fils au degré nécessaire, afin de les amener à la grosseur finale. L'accélération linéaire entre les couteaux et le rouleau 21 extrait les fils des couteaux et réduit également la section de chaque fil de façon que l'action du bain 20 soit plus efficace. Les peignes sont destinés à maintenir les fils espacés les uns des autres dans les opérations con scutives.
Le but du bain 20 est d'apporter l'élément de vuleanisation manquant ou d'activer ou d'accélérer l'élément de vulcanisation de façon que la vulcanisation finale ait lieu au courus du séchage et du ehauffage suivants. A cet effet, il convient d'incorporer au bain 20 un accélérateur soluble dans l'eau, capable de réagir avec les constituants de la matière pre mière pour assurer la vulcanisation de celleci en une période relativement courte et à une température relativement faible.
Un accélérateur soluble dans l'eau, qui peut être utilisé dans cette opération, est le pentaméthylène-dithiocarbamate de pipéridine.
Cet accélérateur est utilisé sous la forme d'une solution diluée d'environ 5 parties d'accélérateur et de 95 parties d'eau. Cet acné- lérateur agit en combinaison avec le tétrone A ou le zénite A des formules A ou B, de façon que la vulcanisation soit accélérée d'une manière appréciable. On peut utiliser d'autres accélérateurs dans le bain 20 suivant les formules de la matière première.
Il peut être indiqué d'utiliser d'autres accélérateurs en combinaison avec celui précité. Par exemple, le bain 20 peut être constitué par 5 parties dudit accélérateur, 1 partie d'oléate de dibutylammonium dans 94 parties d'eau. On peut également remplacer l'oléate de dibutylammonium par une proportion équivalente d'une dispersion de zimate de butyle. Ces produits utilisés comme complé- ments dudit accélérateur ont également pour effet de réduire le collage superficiel des fils et contribuent à régler la valeur du pg du bain pour assurer une meilleure pénétration des accélérateurs dans le caoutchouc.
A ce sujet, il y a également lieu de noter que l'amincissement des fils dans le bain facilite lui-même la pénétration des accélérateurs.
Le bain 27 est une solution de eire et est utilisé en ce point pour faire adhérer les fils à la courroie 30 et pour former sur les fils une pellicule résistante adhésive. La eire utilisée peut être naturelle ou synthétique, ou encore un mélange des deux, et on peut la disperser d'ans le bain d'eau. On a trouvé qu'une solution de eire appropriée doit contenir un mélange de'cires dans'lequel la cire la Carnauba est largement prédominante. Une des conditions que doit remplir cette solution de cire consiste en ce que son point de fusion ne doit pas être assez faible qu'elle ne fasse pas adhérer les fils à. la courroie au cours du passage dans le four de vulcanisation.
Il est souhaitable d'utiliser un accéléra- teur complémentaire en ce point. On a trouve qu'un bain composé de 50 /o d'une solution de cire et de 50 /o d'une solution à 5 /o de l'accélérateur susmentionné dans l'eau donne les résultats désirés.
Les fils qui sont maintenant étirés et réduits à la section finale passent sur la eour- roie 30 à laquelle ils sont collés par le reve tement de cire appliqué dans le bain 27.
On peut remplacer le bain de eire 27 par un agglutinant incorporé au bain 20. Le bain de eire séparé 27 peut être supprimé si cette modification du procédé est jugée désirable.
La courroie 30 peut avoir une longueur quelconque désirée. L'essentiel est que les fils disposent d'un parcours suffisant permettant tout d'abord de relâcher les contraintes intérieures résiduelles du caoutchouc et de vulcaniser ensuite convenablement les fils. Après un parcours suffisant, la courroie 30 pénètre dans une longue chambre de chauffage 32 dans laquelle des ventilateurs 33 maintiennent l'air en circulation permanente.
Il n'y a pas lieu de préciser de façon limitative la longueur du four de vulcanisation, ni la vitesse ! de translation de la courroie, ni la durée pendant laquelle le. caoutchouc reste dans l'atmosphère chauffée du four, étant donné que tous ces facteurs peuvent être faci- lement déterminés par l'expérience. On obtient les résultats les plus favorables avec des températures relativement faibles par rapport à la vulcanisation usuelle sous pression. On a constaté qu'on peut utiliser des températures de 115 C pendant 20 à 30 minutes ou un peu plus.
Mais on peut également appliquer des températures plus élevées lorsqu'il convient d'utiliser des gaz inertes dans la chambre 32, en vue de la, réduction des risques d'oxydation. Il est indiqué que les fib sortent de la chambre avec un degré de vulea- nisation légèrement inférieur au degré maxi- mum. En effet, on sait que les matières pre mières décrites vuleanisent à des températures faibles, et que la vulcanisation a tendance à se prolonger après la sortie du four. Il importe donc d'utiliser des accélérateurs assurant des propriétés de vieillissement supérieures et donnant des courbes de vulcanisation allongées et aplaties.
Les matières premières précé- demment indiquées appartiennent à ce genre.
Un des buts principaux de l'agglutinant, qu'il soit introduit, dans le bain 20 ou dans le bain 27, est de faire adhérer les fils fragiles à la surface de la courroie 30. Les fils sont ainsi fortement retenus dès leur premier contact avec la courroie et jusqu'à leur achèvement à la fin de la vulcanisation. Le relâchement des contraintes à l'intérieur des fils éti- rés entraîne fréquemment un retrait loll une ondulation. Mais, grâce à l'adhérence des fils à la surface de la courroie, ils sont maintenus dans leur forme étirée au cours de cette période. Les fils n'ont également aucune tendance au retrait ou au déplacement pendant la période consécutive de la vulcanisation.
Si les fils n'adhéraient pas à la surface de la courroie, ils pourraient présenter des points d'affaiblissement ou de rupture durant la pé- riode de séjour sur la courroie. Ils pourraient également onduler ou se déplacer et se eoller les uns aux autres. La. particularité du col lage des fils d'un bout à l'autre de la période entre l'étirage final et la fin de la vuleanisation constitue l'un des facteurs qui ont permis de produire des fils d'une régularité remarquable, et qui ont également réduit à un minimum très bas les pertes dans cette phase du procédé.
Un autre but important du revêtement protecteur des fils est de protéger contre l'oxydation le caoutchouc des filaments très minces exposes a, l'atmosphère chaude du foui* de vulcanisation.
Après que la courroie quitte le four 32, les fils vulcanisés sont détaches de la surface de la courroie par des rouleaux 35 et 36, passent dans une boîte à stéatite 38 et sont ensuite bobinés. En certains points, on prévoit des peignes pour guider les fils. Une bobine finale est indiquée en 41.
On voit que l'installation représentée permet une mise en oeuvre du procédé d'une manière simple et pratique. La fabrication d'un grand nombre de fils élastiques très réguliers avec des frais de production très réduits constitue un progrès important. Quoiqu'il soit préférable d'utiliser une courroie comme support de dimensions prédéterminées, sur lequel les fils étirés sont fixés pendant la période de relâchement des contraintes intérieures et de vulcanisation, on peut égale- ment remplacer cette courroie par un autre organe approprié.
Les déchets provenant de la rectification et du découpage sont évacués. Il est également possible d'obtenir des fils découpés très fins, réguliers d'un bout à l'autre, et d'une longueur supérieure à celle qui pouvait être réalisée jusqu'ici. L'orientation de la matière pre mière et l'étirage des fils après le découpage donnent des fils plus fins et plus réguliers qu'on ne le jugeait industriellement possible jusqu'à présent.
Le procédé décrit est très pratique et d'une mise en oeuvre très peu coûteuse. Il n'exige qu'un minimum de contrôle et la capacité de production est très importante.