Procédé pour la production d'un film continu de matière plastique organique par extrusion
et appareil pour la mise en oeuvre du procédé.
La présente invention est relative à un procédé pour la production d'un film continu de matière organique plastique par extrusion.
On pourra employer divers composés organiques plastiques et plus particulièrement le polyéthylène.
L'invention concerne surtout un procédé d'extrusion par voie sèche. L'expression voie sèche signifie que les composés plastiques extrudés sont à peu près dépourvus de solvant.
Des procédés et appareils pour l'extrusion par voie sèche d'une feuille de plastique organique sont déjà connus. La présente invention concerne les moyens de formation d'un film ayant une grande résistance à la rupture ou au cisaillement.
Le procédé suivant la présente invention est earaetérisé en ce qu'on chauffe et maintient le film à des températures comprises entre une limite supérieure et une limite inférieure, la limite supérieure étant la températurc au-dessus de laquelle l'étirage du film n'améliore pas la résistance à la rupture de ce film, aussi bien dans la direction de l'étirage que dans une direction perpendiculaire à celle-ci, et la limite inférieure étant la tem pérature au-dessous de laquelle l'application au film d'un effort suffisant pour étirer le film de 50 O/o produit un étirage brusque en goulot plutôt qu'un étirage uniforme du film maintenu entre lesdites limites de températurc,
en ce qu'on étire le film d'au moins 50 Olo entre lesdites limites supérieure et inférieure de température suivant une seule direction et en ce qu'on refroidit et fige immédiatement le film étiré.
L'inventiou comprend également un appareil pour la mise en oeuvre dudit procédé, ca ractérisé en ce qu'il comprend des moyens permettant un chauffage continu d'un film de matière thermoplastique et de donner à cc film une forme donnée en un premier point, des moyens pour transporter le film de ce premier point jusqu'à un second point, des moyens pour refroidir le film en ce second point, des moyens pour réchauffer le film refroidi, des moyens pour étirer le film réchauffé suivant une seule direction, et des moyens permettant de refroidir et de solidifier ledit film étiré.
Le e dessin ci-joint illustre le procédé et re- présente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'appareil pour la mise en oeuvre du procédé.
Fig. 1 est une vue en plan de l'appareil.
Fig. 2 est une vue en élévation de l'appareil représenté à la fig. 1.
En se reportant au dessin, 1 est l'extrémité de sortie d'un extrudeur E pour l'alimentation en composé organique thermoplastique, tel que le polyéthylène à l'état chauffé plastique, d'une tuyère d'extrusion ou matrice D d'où le composé plastique sort sous pression sous la forme d'un film ou feuille S.
On comprendra que l'extrudeur E sert à comprimer et à travailler la matière plastique organique, à la chauffer et la ramollir jusqu'à lin état approprié pour l'extrusion. L'extrudeur E comprendra, de préférence, un homogénéisateur approprié (non représenté), dont le but est de rendre le composé plastique amenéàla matrice D complètement homogène.
A mesure que la feuille plastique sort de la matrice D, elle est saisie par des paires successives de galets 3 situés des deux côtés de la feuille. Une ou plusieurs paires du grand nombre de galets 3 montés des deux côtés de la feuille servent à refroidir et à raidir d'une manière appréciable les bords latéraux de la feuille qui sont saisis par les galets, tout en tirant en même temps la feuille S hors de la tuyère D et en l'étirant transversalement.
Les divers galets 3 peuvent être montés de manière réglable sur une grille X, de sorte que leur position peut être modifiée pour faire varier la valeur et le taux de l'effort de traction appliqué à la feuille S, en contrôlant ainsi la largeur de la feuille étirée.
Chacun des dispositifs à galets 3 comprend une paire de galets 3a, 3b dont au moins un est actionné, par exemple, au moyen d'engrenages coniques (non représentés) et d'une poulie 5. Les poulies motrices 5 des divers dispositifs 3 sont actionnées par des transmissions à courroie ou à chaîne 6 et par de poulies folles intermédiaires 7.
Dans la forme d'exécution représentée, les dispositifs à galets 3 sont disposés des deux côtés de la feuille le long de lignes divergentes, de manière à étirer transversalement la feuille le long de lignes divergentes et d'étirer la feuille jusqu'à ce qu'elle ait une largeur d'environ trois fois celle qu'elle présente au point d'extrusion, à la sortie de la tuyère.
Depuis le dernier des dispositifs 3, la feuille est conduite au moyen de galets de festonnage Sa, 8b, 8c dans un bain d'eau de refroidissement 9 contenu dans un récipient 10. Cependant, on pourra employer d'autres moyens pour refroidir la feuille et lui donner une température non plastifiante à laquelle sa forme pourra être maintenue.
La feuille est ensuite tirée dans un état non visqueux lui permettant de conserver sa forme, hors du bain de refroidissement ou d'une autre zone de refroidissement appropriée, à travers un dispositif de nettoyage comprenant un galet 11 et des lames 12, par une paire de galets de préhension 13 qui agissent de manière à maintenir l'effort de traction nécessaire sur toute la largeur de la feuille qui passe entre les galets de festonnage du bain 9, ainsi que sur la partie suspendue de la feuille S entre les éléments d'étirage transversal 3. Les lames 12 qui servent au nettoyage de la feuille et qui sont situées de chaque côté de celle-ci découpent de la feuille des bandes lourdes marginales 14, celles-ci pouvant être enroulées sur un enrouleur 15.
A partir de la première série de galets de serrage 13, la feuille S est tirée par une deuxième série de galets de serrage 16 à une vitesse linéaire plus élevée, de sorte que la feuille est étirée longitudinalement entre ces séries de galets.
Dans la forme d'exécution représentée, la première série de galets 13 est actionnée directement par une transmission motrice ll qui est commune aux galets d'étirage transversal 3, et la seconde série de galets 16 est reliée à la transmission Il par l'intermédiaire d'un régulateur variable de vitesse 17, de sorte qu'un étirage longitudinal approprié peut être effectué entre les galets 13 et 16.
Entre les galets 13 et 16 est placée une boîte de vapeur 18 à travers laquelle la feuille passe et au moyen de laquelle la température de la feuille est élevée jusqu'à celle nécessaire pour effectuer l'étirage longitudinal approprié.
Ainsi qu'il est montré dans la fig. 2, la boîte de vapeur 18 est constituée par un compartiment fermé à travers lequel on tire la feuille S. Les ouvertures à travers lesquelles la feuille entre et sort de la boîte 18 peuvent être munies de volets flexibles 19 pour réduire la perte de vapeur de la boîte. La vapeur est amenée à la boîte par des tuyaux d'alimentation 20 et l'eau de condensation est soutirée par un tuyau d'évacuation 21. Un souffleur d'air 22 est disposé entre la boîte 18 et les galets 16 de manière à enlever l'humidité du film et à réduire la température de la feuille, afin de la ramener dans un état rigide ou qui lui permette de maintenir sa forme, avant d'atteindre les galets 16.
Ainsi qu'il est montré dans le dessin, une série de galets d'enlèvement des bords dési ondés par 23 et un enrouleur désigné par 24 sont également destinés à couper les bords de la feuille qui a été étirée longitudinalement, afin de lui donner la largeur définitive désirée.
La feuille ainsi débarrassée de ses bords est conduite depuis les galets 16 à un enrouleur W où elle est enroulée sur une bobine 25.
En employant l'appareil décrit ci-dessus pour la fabrication d'une feuille S à haute résistance de rupture, en polyéthylène ou îine autre matière thermoplastique similaire, l'ex trudeur 1i E peut fonctionner à la température et à la pression désirées convenant pour la matière thermoplastique employée. Dans le cas du polyéthylène, la feuille S sort de la matrice D de préférence à une température au-dessus de 960 C et reste au-dessus de cette température pendant toate la période d'étirage avant d'entrer dans le bain refroidisseul 9.
Dans ce but, la température d'extrusion peut être suffisamment élevée (par exemple 177 C), de sorte que la feuille ne se refroi (lit pas à 960 C avant de quitter le dernier des galets 3 ou Si cela s'avère nécessaire, on pourra fournir de la chaleur supplémentaire pour maintenir la température de la feuille au-dessus de 960 C.
En pratique, il a été trouvé désirable de refroidir la feuille S dans le bain de refroidissement 9 depuis une température au-dessus de 960 C jusqu'à lme température en dessous de 65" C.
Afin de produire une feuille ayant une haute résistance à la rupture, la feuille doit être étirée de 50 /o ou plus à une température d'environ 960 C ou en dessous de cette température, et l'étirage doit se faire d'une manière uniforme sur une large surface pln- tôt que par un goulot étroit le long d'une ligne ou d'une bande étroite. L'étirage effectué à une température au-dessus de 960 C a peu ou pas d'effet apparent sur la résistance à la rupture. L'étirage doit se faire avec une force appréciable, afin d'améliorer la résistance à la rupture; si la température est an- dessus de 96 G, le polyéthylène ne résistera pas à la force requise pour améliorer la résistance à la rupture.
Cependant, il a été trouvé que le polyéthylène ou les autres matières analogues s'étirent plutôt en goulot plutôt que d'une ma- nière uniforme en surface, lorsqu'on applique un effort de traction trop grand, et il est clair, par conséquent, qu'il existe une limite inférieure ainsi qu'une limite supérieure pour les efforts qui conviennent pour un étirage unciforme, afin d'améliorer la résistance à la rupture.
L'effort d'étirage nécessaire est assuré en maintenant la feuille qui passe dans la boîte de vapeur 18 à une température ne dépassant pas environ 96" C. Cette température, d'autre part, ne doit pas être inférieure à la température la plus basse qui permet d'effectuer un étirage unciforme de 50 ouzo de la feuille S dans la boîte 18.
Dans la pratique, une température de 65" C est en général la limite inférieure de température permise, malgré le fait qu'une feuille qui avance lentement dans la boîte 18 peut être étirée d'une manière lmiforme des 50 O/o nécessaires ou davantage, à des températures plus basses. Cependant, aux taux de produc- tion commerciale acceptables, l'effort maximum permis produisant un étirage lmiforme ne produira pas l'étirage de 50 o/o requis à des températures inférieures à 650 C.
Un effort d'étirage excessif doit être appliqué aux températures plus basses pour produire l'étirage de 50 O/o qui est nécessaire, et l'on ne produit alors qu'un étirage en goulot qui diminue la résistance latérale à la rupture de la feuille.
Un allongement de 70 /o est préférable quand l'étirage de la feuille se fait entre les galets 13 et 16 et à 960 C ou près de cette température, pour compenser la production de tensions dans la feuille et pour assurer un étirage minimum de 50 O/o dans la feuille S à la température critique ou en dessous de cette température critique.
L'amélioration de la résistance à la rupture réalisée dans la feuille par le procédé décrit apparaît en comparant une feuille fabriquée par le procédé décrit avec une feuille fabriquée par les procédés connus. Par exemple, une feuille de polyéthylène de 0,1 mm produite par le procédé décrit a une résistance moyenne à la rupture de l'ordre de 180 g par 0,025 mm mesurée par la méthode d'Elmendorf avec la charge appliquée dans le sens longitudinal de la feuille, et de-220 g par 0,025 mm avec la charge appliquée transversalement par rapport à la feuille.
i1 a été trouvé également qu'un étirage unciforme, non en goulot, au-dessus d'non allongemment de 50 O/o et jusqu'à 100 O/o,
effectué à une température en dessous de 960 C, produit une résistance à la rupture, mesurée par la méthode Elmendorf, de plus en plus élevée.
Par opposition, une feuille produite par les procédés connues et sans l'étirage uniforme de 50 /o à des températures en dessous de 960 C, présente une résistance moyenne à la rupture mesurée par la même méthode d'environ 70-90 g par 0,025 mm dans le sens longitudinal et de 115-130 g dans le sens transversal.
Ainsi qu'il a été mentionné ci-dessus, de préférence la feuille S n'est pas étirée à une température en dessous de 960 C avant d'atteindre la première série de galets de préhension 13. Si cependant on effectue un certain étirage latéral à des températures en dessous de 96O C, on doit effectuer un étirage longitudinal analogue entre les galets 13 et 16 pour compenser l'étirage latéral en plus de l'étirage de 50 à 100 8/o qui a été effectué pour obtenir une résistance à la rupture plus élevée, étirage qui a amené la longueur à 150-200 0/o de la longueur initiale.
Un résultat similaire peut être obtenu si un étirage transversal d'au moins 50 oxo est effectué par les galets 3 pendant que la feuille est à une température inférieure à 960 C. Une feuille étirée latéralement de cette manière présente une résistance à la rupture supérieure à 150 g par 0,025 mm aussi bien dans le sens longitudinal que dans le sens transversal. Cependant, on doit employer des dispositifs de préhension plus puissants à la place des galets de préhension 3 montrés dans le dessin, car ces derniers ne serrent pas suffisamment la feuille avec la force nécessaire pour pouvoir l'étireur de 50 ! o à une température inférieure à 96O C.
Les températures spécifiques et les limites de température indiquées ci-dessus conviennent pour le polyéthylène commercial dont le poids moléculaire moyen est de l'ordre de 18 000. Pour le polyéthylène ayant un poids moléculaire moyen plus élevé, la température supérieure critique est légèrement plus élevée que la température supérieure limite de 960 C du polyéthylène à poids moléculaire de 18 000. D'une manière similaire, les limites spécifiques varient un peu pour les copolymères du polyéthylène et autres polymères auxquels le procédé décrit s'applique.
Cependant, dans chaque cas la limite supérieure est celle au-dessus de laquelle l'étirage ne réalise pas une amélioration appréciable de la résistance à la rupture, et la limite inférieure est celle à laquelle on effectue plutôt un étirage en goulot qu'un étirage uniforme sous un effort suffisant pour produire un allongement d'au moins 50 O/o.
REVENDICATIONS:
I. Procédé pour la production d'un film con tinu de matière organique plastique par extrusion, caractérisé en ce qu'on chauffe et maintient le film à des températures situées entre une limite supérieure et une limite inférieure, la
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
Process for the production of a continuous film of organic plastic material by extrusion
and apparatus for carrying out the method.
The present invention relates to a process for the production of a continuous film of plastic organic material by extrusion.
Various organic plastic compounds can be used, and more particularly polyethylene.
The invention relates above all to a dry extrusion process. The term dry process means that the extruded plastic compounds are essentially solvent-free.
Methods and apparatus for the dry extrusion of an organic plastic sheet are already known. The present invention relates to means for forming a film having high resistance to breakage or shear.
The process according to the present invention is characterized by heating and maintaining the film at temperatures between an upper limit and a lower limit, the upper limit being the temperature above which the stretching of the film does not improve. not the tensile strength of this film, both in the direction of stretching and in a direction perpendicular thereto, and the lower limit being the temperature below which the application to the film of a sufficient effort to stretch the film by 50 O / o produces a sudden neck stretch rather than a uniform stretch of the film maintained between said temperature limits,
in that the film is stretched by at least 50 Olo between said upper and lower temperature limits in a single direction and in that the stretched film is immediately cooled and set.
The inventiou also comprises an apparatus for carrying out said method, characterized in that it comprises means allowing continuous heating of a film of thermoplastic material and giving this film a given shape at a first point, means for transporting the film from this first point to a second point, means for cooling the film at this second point, means for reheating the cooled film, means for stretching the reheated film in a single direction, and means for cooling and solidifying said stretched film.
The accompanying drawing illustrates the method and shows, by way of example, an embodiment of the apparatus for carrying out the method.
Fig. 1 is a plan view of the apparatus.
Fig. 2 is an elevational view of the apparatus shown in FIG. 1.
Referring to the drawing, 1 is the outlet end of an extruder E for supplying thermoplastic organic compound, such as plastic heated state polyethylene, to an extrusion nozzle or die D of where the plastic compound comes out under pressure in the form of an S film or sheet.
It will be understood that the extruder E serves to compress and to work the organic plastic material, to heat it and to soften it until the state suitable for the extrusion. The extruder E will preferably comprise a suitable homogenizer (not shown), the aim of which is to make the plastic compound supplied to the matrix D completely homogeneous.
As the plastic sheet leaves the die D, it is gripped by successive pairs of rollers 3 located on both sides of the sheet. One or more pairs of the large number of rollers 3 mounted on both sides of the sheet serve to appreciably cool and stiffen the side edges of the sheet which are gripped by the rollers, while at the same time pulling the sheet S out of the nozzle D and stretching it transversely.
The various rollers 3 can be adjustably mounted on an X grid, so that their position can be changed to vary the value and rate of the tensile force applied to the sheet S, thereby controlling the width of the stretched sheet.
Each of the roller devices 3 comprises a pair of rollers 3a, 3b, at least one of which is actuated, for example, by means of bevel gears (not shown) and a pulley 5. The drive pulleys 5 of the various devices 3 are driven by belt or chain transmissions 6 and by idler pulleys 7.
In the embodiment shown, the roller devices 3 are arranged on both sides of the sheet along divergent lines, so as to transversely stretch the sheet along divergent lines and stretch the sheet until 'it has a width of about three times that which it presents at the point of extrusion, at the outlet of the nozzle.
From the last of the devices 3, the sheet is driven by means of scalloping rollers Sa, 8b, 8c in a cooling water bath 9 contained in a container 10. However, other means can be used to cool the sheet. and give it a non-plasticizing temperature at which its shape can be maintained.
The sheet is then pulled in a non-viscous state allowing it to retain its shape, out of the cooling bath or other suitable cooling zone, through a cleaning device comprising a roller 11 and blades 12, by a pair. gripping rollers 13 which act so as to maintain the necessary tensile force over the entire width of the sheet which passes between the scalloping rollers of the bath 9, as well as on the suspended part of the sheet S between the elements of transverse stretching 3. The blades 12 which serve for cleaning the sheet and which are located on each side of the latter cut heavy marginal bands 14 from the sheet, which can be wound up on a reel 15.
From the first set of clamp rollers 13, the sheet S is pulled by a second set of clamp rollers 16 at a higher linear speed, so that the sheet is stretched longitudinally between these sets of rollers.
In the embodiment shown, the first series of rollers 13 is actuated directly by a drive transmission II which is common to the transverse stretching rollers 3, and the second series of rollers 16 is connected to the transmission II via a variable speed regulator 17, so that a suitable longitudinal stretching can be carried out between the rollers 13 and 16.
Between the rollers 13 and 16 is placed a steam box 18 through which the sheet passes and by means of which the temperature of the sheet is raised to that necessary to effect the appropriate longitudinal stretching.
As shown in fig. 2, the steam box 18 is formed by a closed compartment through which the sheet is pulled S. The openings through which the sheet enters and leaves the box 18 may be provided with flexible flaps 19 to reduce the loss of steam from the box. the box. The steam is brought to the box through supply pipes 20 and the condensed water is drawn off through a discharge pipe 21. An air blower 22 is arranged between the box 18 and the rollers 16 so as to remove moisture in the film and reduce the temperature of the sheet, in order to bring it back to a rigid state or which allows it to maintain its shape, before reaching the rollers 16.
As shown in the drawing, a series of edge removal rollers designated 23 and a take-up reel designated 24 are also intended to cut the edges of the sheet which has been stretched longitudinally, in order to give it the final desired width.
The sheet thus freed of its edges is led from the rollers 16 to a winder W where it is wound up on a reel 25.
By employing the apparatus described above for the manufacture of a high tensile strength sheet S of polyethylene or other similar thermoplastic material, the extruder 11 E can be operated at the desired temperature and pressure suitable for operation. the thermoplastic material used. In the case of polyethylene, the sheet S leaves the matrix D preferably at a temperature above 960 ° C. and remains above this temperature during the entire stretching period before entering the cooled bath 9.
For this purpose, the extrusion temperature can be high enough (for example 177 C), so that the sheet does not cool (read at 960 C before leaving the last of the rollers 3 or If necessary, additional heat can be supplied to maintain the temperature of the sheet above 960 C.
In practice, it has been found desirable to cool the sheet S in the cooling bath 9 from a temperature above 960 C to a temperature below 65 ° C.
In order to produce a sheet having high tensile strength, the sheet must be stretched 50 / o or more at a temperature of about 960 C or below, and the stretching must be done in a manner. uniform over a wide area rather than by a narrow neck along a narrow line or strip. Stretching performed at a temperature above 960 C has little or no apparent effect on tensile strength. Stretching must be done with appreciable force, in order to improve the breaking strength; if the temperature is above 96 G, the polyethylene will not withstand the force required to improve the tensile strength.
However, it has been found that polyethylene or the like stretches rather neck-wise rather than uniformly across the surface, when too great a tensile force is applied, and it is clear, therefore , that there is a lower limit as well as an upper limit for the forces which are suitable for unciform stretching, in order to improve the tensile strength.
The necessary drawing force is ensured by maintaining the sheet which passes through the steam box 18 at a temperature not exceeding about 96 "C. This temperature, on the other hand, should not be lower than the highest temperature. low which allows to perform a 50 ouzo unciform stretching of the sheet S in the box 18.
In practice, a temperature of 65 "C is generally the lower allowable temperature limit, despite the fact that a sheet moving slowly through box 18 can be stretched uniformly by the required 50 O / o or more. at lower temperatures.However, at acceptable commercial production rates, the maximum allowable effort producing uniform stretch will not produce the required 50% stretch at temperatures below 650 C.
Excessive stretching stress must be applied at the lower temperatures to produce the 50 O / o stretch that is required, and only neck stretching is produced which decreases the lateral tensile strength of the film. leaf.
An elongation of 70% is preferable when the sheet stretching is between rollers 13 and 16 and at or near 960 ° C, to compensate for the production of tensions in the sheet and to ensure a minimum stretch of 50 O / o in the sheet S at the critical temperature or below this critical temperature.
The improvement in tensile strength achieved in the sheet by the described process becomes apparent by comparing a sheet made by the described process with a sheet made by the known processes. For example, a 0.1 mm polyethylene sheet produced by the described method has an average tensile strength of the order of 180 g per 0.025 mm measured by the Elmendorf method with the load applied in the longitudinal direction of. the sheet, and 220 g per 0.025 mm with the load applied transversely to the sheet.
It has also been found that an unciform, non-neck stretching above not elongation of 50 O / o and up to 100 O / o,
carried out at a temperature below 960 C, produces an increasingly high tensile strength, measured by the Elmendorf method.
In contrast, a sheet produced by the known methods and without the uniform stretch of 50 / o at temperatures below 960 C, exhibits an average tensile strength measured by the same method of about 70-90 g per 0.025. mm in the longitudinal direction and 115-130 g in the transverse direction.
As mentioned above, preferably the sheet S is not stretched at a temperature below 960 ° C. before reaching the first set of gripping rollers 13. If, however, some lateral stretching is carried out. at temperatures below 96O C, a similar longitudinal stretching between rollers 13 and 16 must be carried out to compensate for the lateral stretching in addition to the stretching of 50 to 100 8 / o which has been carried out to obtain resistance to higher breakage, stretching which brought the length to 150-200% of the initial length.
A similar result can be obtained if a transverse stretching of at least 50 oxo is performed by the rollers 3 while the sheet is at a temperature below 960 C. A sheet stretched laterally in this manner has a tensile strength greater than 150 g per 0.025 mm both in the longitudinal direction and in the transverse direction. However, more powerful grippers must be used instead of the gripper rollers 3 shown in the drawing, as these do not sufficiently grip the sheet with the force necessary to be able to stretch the 50! o at a temperature below 96O C.
The specific temperatures and temperature limits given above are suitable for commercial polyethylene with an average molecular weight of the order of 18,000. For polyethylene with a higher average molecular weight, the critical upper temperature is slightly higher. than the upper limit temperature of 960 C for polyethylene with a molecular weight of 18,000. Similarly, the specific limits vary somewhat for polyethylene copolymers and other polymers to which the described process applies.
However, in each case the upper limit is that above which the stretching does not achieve appreciable improvement in tensile strength, and the lower limit is that at which neck stretching is performed rather than stretching. uniform under sufficient force to produce an elongation of at least 50 O / o.
CLAIMS:
I. A process for the production of a continuous film of plastic organic material by extrusion, characterized in that the film is heated and maintained at temperatures between an upper limit and a lower limit, the
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.