Procédé de fabrication d'un matériau de rembourrage, appareil pour sa mise en oeuvre
et matériau de rembourrage obtenu par ce procédé
La présente invention a pour objets un procédé de fabrication d'un matériau de rembourrage, un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé et un matériau de rembourrage obtenu par ce procédé.
Le matériau obtenu peut être utilisé comme matériau de rembourrage et d'absorption des chocs, par exemple pour l'emballage de produits, le rembourrage des meubles, des voitures et des camions, pour l'isolation thermique, etc.
Les feuilles ou les films de matières plastiques, notamment les films thermoplastiques, sont utilisés industriellement pour beaucoup d'usages et on connaît des techniques de scellage permettant de fixer les unes aux autres des sections de films, par exemple pour former des manteaux de pluie. Le fusionnement des matières plastiques, cependant, présente de nombreuses difficultés et l'emploi d'adhésifs permet généralement d'obtenir les résultats désirés. Mais on a trouvé que si les adhésifs sont satisfaisants dans de nombreux cas, ils n'assurent pas toujours une liaison uniforme et sûre et conduisent évidemment à une structure dans laquelle les éléments constituants conservent leur individualité et forment des couches séparées.
En outre, l'introduction d'un adhésif est critiquable par suite des opérations de séchage coûteuses qu'il entraine et de l'introduction dans le matériau d'une matière étrangère présentant des caractéristiques propres.
Dans le procédé que comprend l'invention on moule une première feuille de matière plastique pour former des bossages creux sur une de ses faces, on chauffe l'autre face de la feuille au moins entre les bossages, on chauffe au moins une face d'une seconde feuille, et on fusionne lesdites faces chauffées l'une à l'autre, de manière à sceller hermétiquement les bossages creux.
On cherche ainsi à obtenir un matériau de rembourrage comprenant au moins une couche présentant des bossages creux séparés et une seconde couche hermétiquement scellée à la première de manière à en sceller les bossages et former ainsi des poches scellées dans lesquelles de l'air ou un autre fluide est enfermé. Comme les couches constituant le matériau présentent une certaine flexibilité et une certaine élasticité, le matériau résultant présente d'excellentes caractéristiques de rembourrage et d'absorption des chocs. Dans la fabrication d'un tel matériau, le rembourrage pneumatique peut être renforcé par un rembourrage mécanique assuré par la forme et la configuration des bossages.
Dans une mise en oeuvre particulière on peut incorporer des matières en poudre entre les diverses couches, par exemple des agents ignifuges, desséchants ou absorbants de l'humidité, sans affecter le joint entre ces couches.
Un autre avantage du procédé est de donner un excellent matériau de rembourrage quand la structure pneumatique ou d'absorption des chocs est combinée avec d'autres matières de rembourrage comme des caoutchoucs naturels et synthétiques. De même, dans une autre mise en oeuvre du procédé, on peut ajouter d'autres matières en feuilles pour obtenir des caractéristiques de rembourrage modifiées, une plus forte résistance, etc.
Le matériau de rembourrage obtenu présente des caractéristiques de rembourrage et d'absorption des chocs impossibles à obtenir avec des matériaux connus de mêmes dimensions et de même poids, et en même temps le prix de revient de ce matériau est très inférieur à celui des matériaux connus présentant des caractéristiques équivalentes.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple,
des formes d'exécution de l'appareil et du matériau
objets de l'invention et illustre, également à titre
d'exemple, des mises en oeuvre du procédé objet de
l'invention.
des mises en oeuvre du procédé objet de l'invention.
Les fig. 1 à 5 sont des vues schématiques de cinq formes d'exécution de l'appareil.
La fig. 6 est une vue décomposée d'une première forme d'exécution du matériau.
La fig. 7 est une vue en plan correspondant à la fig. 6.
La fig. 8 est une coupe partielle d'un organe que peut comprendre une forme d'exécution de l'appareil.
La fig. 9 est une élévation correspondant à la fig. 8.
La fig. 10 est une coupe, à plus grande échelle,
selon 10-10 de la fig. 7.
La fig. 11 est une vue en perspective d'une se conde forme d'exécution du matériau.
La fig. 12 est une vue en plan correspondant à la fig. 11.
Les fig. 13 à 16 sont des coupes d'autres formes d'exécution du matériau.
La fig. 17 est une vue décomposée d'une autre forme d'exécution du matériau.
La fig. 18 est une vue en plan correspondant à la fig. 17.
La fig. 19 est une coupe selon 19-19 de la fig. 18.
Les fig. 20 à 23 sont des coupes d'autres formes d'exécution du matériau.
D'une manière générale, le procédé qui va être décrit comprend le fusionnement de matières plastiques en feuilles l'une à l'autre pour former une structure lamellée résultante unitaire, de manière à produire un matériau plastique lamellé présentant des poches d'air scellées, discrètes et étroitement rapprochées, assurant au matériau une grande efficacité de rembourrage et d'absorption des chocs. On a trouvé que les feuilles continues de plastique peuvent être fusionnées les unes aux autres et former un très bon joint hermétique en chauffant au moins les surfaces des feuilles à une température de fusionnement, puis en pressant en contact les surfaces chauffées. On produit ainsi une liaison immédiate et permanente entre les feuilles, ce qui donne un matériau résultant homogène.
C : Ce procédé de scellage par fusionnement est particulièrement utile pour la fabrication de matériaux de rembourrage, car il assure un joint hermétique autour de chaque poche d'air donnant d'excellentes caractéristiques de rembourrage. Dans la fabrication de matériaux de rembourrage, l'une au moins des feuilles est chauffée et moulée, par exemple au moyen d'un cylindre à évidements, de manière à former des cellules ou des poches individuelles.
Quand des parties successives d'une feuille sont moulées, les surfaces de la feuille entourant les poches sont maintenues à une température de fusionnement et une seconde feuille chauffée à une température correspondante est appliquée pour former une structure unitaire, chacune des parties moulées étant individuellement scellée pour former des poches ou cellules contenant de l'air ou un autre fluide scellé de manière permanente dans ces poches. Bien que d'autres procédés puissent être utilisés pour faire adhérer les feuilles l'une à l'autre, on a trouvé que le procédé de fusionnement par chauffage donne les meilleurs résultats et des matériaux plus durables et plus sûrs.
En pratique, on a trouvé que le procédé consistant à mouler et à unir des matières plastiques peut être effectué à grande vitesse, par exemple à des vitesses de l'ordre de 46 à 122 m/min et même plus, selon l'épaisseur des feuilles et la dimension de l'appareil. En coordonnant correctement la température des feuilles et la vitesse de l'appareil, on peut atteindre des vitesses sensiblement plus élevées encore.
On peut utiliser des feuilles de matière plastique dans ce but, et d'excellents résultats ont été obtenus avec des polyéthylènes, des polyoléfines, des polypropylènes, des chlorues de polyvinyle et ses copolymères avec l'acétate de polyvinyle, le chlorure de polyvinylidène, le polyvinyl-butyral et des polystyrènes, aussi bien qu'avec des résines thermodurcissables présentant un état thermoplastique ou des résines pouvant être moulées avant traitement ou vulcanisation, comme les caoutchoucs naturels et synthétiques et, en particulier, le butyl-caoutchouc.
L'appareil représenté à la fig. I comprend un rouleau de moulage 10 présentant une surface de moulage permettant de produire des poches discrètes de la forme et de la configuration désirées, en utilisant de préférence des moyens de moulage dans le vide. Le terme de moulage utilisé se rapporte à l'emploi d'un rouleau à évidements qui doit être distingué d'un rouleau à saillies ou de repoussage.
Le produit résultant du moulage, cependant, est analogue à un produit repoussé. Une première feuille 1 1 est amenée sur le cylindre de moulage 10 par des rouleaux 12, 13 et 14. Ces rouleaux sont de préférence chauffés à des températures successivement croissantes afin d'élever la température de la feuille 1 1 lentement et d'amener cette feuille sur le rouleau de moulage à une température déterminée. Par exemple, dans le cas d'une feuille de polyéthylène de faible densité, la température du rouleau 12 peut être maintenue entre 82 et 940 C, tandis que les rouleaux 13 et 14 sont maintenus entre 110 et 1160 C.
Il est entendu cependant que ces températures varient selon la nature de la matière thermoplastique, ses points d'amollissement et de fusion, et selon la vitesse du procédé et l'épaisseur des feuilles, car il est important que les surfaces des feuilles amenées en contact l'une avec l'autre soient placées dans un état de fusionnement ou collant.
Les parties superficielles de la feuille repoussée sont maintenues à la température de fusionnement propre à la matière particulière, par exemple de 110 à 1160 C pour un polyéthylène de faible densité,
On utilise pour cela un corps de chauffe 15, bien qu'on puisse utiliser aussi un rouleau composé dans lequel les parties saillantes du rouleau de moulage comportent une couche superficielle d'une matière isolante 10' pour empêcher le refroidissement des surfaces saillantes de la feuille sur le rouleau de moulage, ces surfaces formant les bases des poches moulées. En même temps, les parties restantes des poches moulées sont portées à une température réduite. Une seconde feuille 16 est amenée sur le rouleau de moulage 10 par des rouleaux de préchauffage 17, 18 et 19.
Ici à nouveau, les rouleaux sont maintenus de préférence à des températures successivement croissantes de manière que la feuille 16, quand elle est appliquée sur le rouleau 10, présente une température à sa surface de l'ordre de la température de fusionnement de la matière. Quand la couche superficielle de la feuille 16 est en contact avec les parties saillantes de la feuille moulée 11, le fusionnement s'effectue immédiatement par contact des deux feuilles tandis qu'une pression est maintenue par la coopération du rouleau 19 avec le rouleau 10. Ainsi, on obtient un joint ferme par la chaleur et la pression et le matériau de rembourrage composé, quand il passe autour de la partie restante de la périphérie du cylindre 10, se refroidit pour former une structure unitaire et peut être retiré du cylindre 10 par un rouleau de retrait 20.
Le matériau de rembourrage résultant 21 peut être transporté dans un autre appareil pour subir un autre procédé ou il peut être emballé en rouleau, par exemple.
Un facteur supplémentaire affectant le fusionnement est la pression du rouleau 19 contre le rouleau de moulage 10. Dans les conditions de température indiquées plus haut pour une feuille de polyéthylène de faible densité et d'une épaisseur de l'ordre de quelques centièmes de millimètre, des pressions de l'ordre de 2,1 à 4,2 kg/cm2 sont satisfaisantes. La pression requise est essentiellement une fonction inverse de la température de la feuille.
Une forme d'exécution du matériau de rembourrage obtenue avec l'appareil représenté à la fig. 1 est représentée aux fig. 6, 7 et 10, des vues plus détaillées du rouleau de moulage 10 étant représentées sur les fig. 8 et 9. On voit que le rouleau 10 présente des évidements en profondeur de forme hexagonale et étroitement rapprochés et que la feuille chauffée est attirée dans ces évidements par un dispositif d'aspiration comprenant des tubes 22 connectés à une conduite 23.
La fig. 6 montre la feuille moulée 1 1 et la seconde feuille 16 avant leur réunion. La vue en plan de la fig. 7 montre l'espacement des bossages hexagonaux 24, et il est évident que l'emploi de tels bossages assure une utilisation efficace de la surface.
La fig. 10 est une coupe par les bossages hexagonaux représentés à la fig. 7 et sera décrite plus loin en détail. Des essais pratiques ont montré qu'on peut obtenir facilement un joint hermétique permanent de chacun des bossages 24, ce qui assure au matériau d'excellentes caractéristiques de rembourrage et d'absorption des chocs.
L'appareil représenté à la fig. 2 comprend un rouleau de moulage 10 chauffé. On utilise une feuille 25 qui est amenée vers le rouleau de moulage par des rouleaux 26, 27, 28 et 29, les rouleaux 27 à 29 au moins étant chauffés pour élever graduellement la température de la feuille à une température de moulage pour la matière particulière constituant la feuille. Le rouleau 10 comprend un dispositif d'aspiration pour assurer le moulage, et la température de la surface de la feuille est maintenue au point de fusionnement ou proche de ce point jusqu'à ce que la feuille arrive sur un rouleau de scellage 30. Une seconde feuille plastique 31 est amenée directement depuis un appareil d'extrusion 32 autour du rouleau de scellage 30, puis mise en contact avec la feuille moulée 25.
La feuille 31 peut être à une température de 2600 C quand elle quitte l'appareil d'extrusion 32 et le rouleau 30 est maintenu à une température suffisamment basse pour que la température de la feuille 31 soit abaissée à la température de fusionnement désirée au moment de son application sur la feuille 25. Comme la feuille 31 est à la température de fusionnement et qu'au moins ses couches superficielles sont fluides, l'engagement des deux feuilles entraînent leur adhérence ferme l'une à l'autre et leur jointure de manière permanente, les surfaces de la feuille 31 autour des parties moulées de la feuille 25 formant des poches d'air, comme décrit précédemment.
Le matériau obtenu se refroidit graduellement au cours de son déplacement, le rouleau 10 étant maintenu par le dispositif d'aspiration à une pression inférieure à la pression atmosphérique, et il est retiré du rouleau 10 par un rouleau de retrait 33. Le matériau résultant 37 est transporté à distance du rouleau de moulage par des rouleaux successifs 34, 35 et 36. Les rouleaux 34 et 35 sont de préférence refroidis afin d'assurer le refroidissement complet du matériau 37.
L'appareil représenté à la fig. 3 comprend également un rouleau de moulage 10. Un premier dispositif d'extrusion 40 extrude une feuille mince 41 qui passe autour d'un rouleau 42 et qui est supportée dans son passage autour de ce rouleau par une courroie mobile 43 portée par des rouleaux 44, 45 et 46.
L'un au moins des rouleaux 44 à 46 et la courroie 43 sont à une température propre à abaisser la température de la feuille extrudée jusqu'à la température de fusionnement juste avant la réunion avec une feuille moulée 47. Celle-ci est extrudée par un second dispositif d'extrusion 48 et amenée autour d'un rouleau 49. Elle est supportée et protégée pendant son passage autour du rouleau 49 par une courroie mobile 50 portée par des rouleaux 51, 52 et 53. Ces rouleaux et la courroie 50 sont à une température telle que la température de la feuille est amenée à la température de moulage, comme décrit ci-dessus pour la feuille 41. La feuille 47, après avoir été amenée sur le rouleau 10, est moulée puis unie à la feuille 41 pour sceller de manière permanente les parties moulées et former des poches hermétiquement scellées et étroitement rapprochées.
Quand la feuille composée passe autour du rouleau 10, elle se refroidit et peut être retirée du rouleau de moulage par un rouleau de retrait 54. Le matériau résultant 55 peut passer ensuite sur des rouleaux de refroidissement ou dans d'autres moyens de refroidissement si son poids et son épaisseur le requièrent.
L'appareil représenté à la fig. 4 comprend un double dispositif d'extrusion 60 assurant l'extrusion simultanée de deux feuilles 61 et 62. La feuille 61 est amenée autour d'un rouleau 63 et supportée pendant son passage par une courroie mobile 64 portée par des rouleaux 65, 66 et 67. La feuille 61 est alors amenée sur le rouleau de moulage 10 et moulée sous vide, par exemple. La feuille 62 est amenée autour d'un rouleau 62' et sur le rouleau de moulage 10, et le rouleau 62' assure une pression de contact entre les feuilles 61 et 62 pour effectuer le fusionnement thermique. La feuille composée 68 est refroidie pendant son parcours autour du rouleau 10 et retirée par un rouleau de retrait 69. Le matériau peut être refroidi encore et subir un autre traitement.
Dans certains cas, il peut être avantageux d'obtenir un matériau de rembourrage dont les deux feuilles sont moulées. On peut utiliser pour cela l'appareil représenté à la fig. 5. Une première feuille 70 est amenée autour d'un rouleau préchauffé 71 et sur un rouleau de moulage sous vide 72. On pourrait évidemment utiliser tout autre moyen de moulage. Une seconde feuille 73 est amenée autour d'un rouleau 74 sur une courroie de moulage 75 sous vide portée par des rouleaux 76 et 77. Les bossages de la courroie 75 et du rouleau 72 sont identiques et sont disposés de manière à se recouvrir les uns les autres. La courroie présente un dispositif d'aspiration pour assurer le moulage sous vide de la feuille 73. En outre, les feuilles 70 et 73 peuvent être préformées et extrudées directement par des dispositifs tels que ceux représentés aux fig. 3 et 4.
Pour éviter un refroidissement superflu des surfaces extérieures des feuilles moulées, l'appareil comprend un corps de chauffe électrique 78 qui maintient au moins les couches superficielles des feuilles moulées à l'état légèrement fluide ou collant pour faciliter le fusionnement. La pression de fusionnement est assurée par la tension de la courroie 75 quand elle passe sur le rouleau 72, cette pression étant commandée par un rouleau tendeur 79. On peut utiliser d'autres moyens de pression dans ce but, par exemple deux rouleaux de moulage coopérants pratiquement identiques au rouleau 72, qui assurent le moulage et amènent les feuilles moulées en engagement sous pression. Le matériau obtenu avec cet appareil est représenté à la fig. 23 et sera décrit plus tard.
Dans certains cas, il peut être avantageux de former des poches d'air scellées telles que celles représentées aux fig. 6 et 7 par exemple, contenant de l'air à la pression atmosphérique ou à une pression légèrement supérieure une fois que le matériau a été refroidi.
Comme le scellage des poches remplies de fluide pour former le matériau de rembourrage est normalement effectué à la pression atmosphérique et à une température relativement élevée, il se produit un dégonflement des poches quand le matériau est ramené à la température ambiante. On peut utiliser diverses méthodes pour corriger ou éviter ce dégonflement, par exemple une méthode de scellage à une pression supérieure à la pression atmosphérique de manière que lors du refroidissement du matériau fini soumis à la pression atmosphérique, une pression déterminée égale ou supérieure à la pression atmosphérique soit maintenue dans les poches.
Un autre procédé empêchant le dégonflement lors du refroidissement consiste à chauffer à nouveau le matériau de rembourrage pour le débosseler légèrement, de manière que la contraction résultante produise des poches plus petites mais complètement gonflées.
D'autres méthodes consistent à utiliser la table de températures de fusionnement ci-après qui donne les domaines des températures de fusionnement pour diverses classes de plastiques fusibles, étant entendu que dans chaque classe il existe de nombreuses caractéristiques variables spécifiques.
Table des températures de fusionnement
Classe de la matière à fusionner Températures
de fusionnement
en oC
Chlorure de polyvinyle
et ses copolymères 162-177
Polyéthylènes (densité basse
et moyenne) 115-132
Polyéthylènes (densité élevée) 132-160
Polystyrènes 121-135
Mélanges de styrènes 138-166
Polypropylènes 138-166
Le matériau représenté aux fig. 6, 7 et 10 comprend des bossages scellés hexagonaux 24 et on voit à la fig. 10 que chaque bossage 24 comprend des parois latérales 80 d'épaisseur variable, la partie la plus mince de la paroi étant la plus éloignée de la feuille de scellage 16. La présence de telles parois 80 assure une action mécanique d'absorption des chocs qui augmente l'action pneumatique.
Le bossage 24 contient normalement un gaz ou un autre fluide scellé dans la poche et quand une pression est appliquée au bossage, les parois tendent à se dilater et permettent de comprimer le bossage. Dans de nombreux cas, il existe un point au-delà duquel une nouvelle compression ne peut être absorbée sans entraîner la rupture de la poche. Dans un tel cas, les parois 80 assurent un nouveau support et quand le bossage lui-même est écrasé, les parois assurent une résistance croissante jusqu'au moment où la structure est complètement détruite.
Ainsi le matériau représenté aux fig. 6, 7 et 10 assure à la fois une action pneumatique et une action mécanique d'absorption des chocs et ces actions sont précieuses quand le matériau est utilisé pour protéger des objets destinés à tomber d'une grande hauteur et dont le choc doit être absorbé même si les organes d'amortissement sont écrasés pendant ce choc. Un tel cas se rencontre dans le largage d'objets depuis un avion qui nécessite évidemment des moyens pour protéger l'objet au moment du choc.
Les bossages 24 peuvent avoir toute forme désirée et présenter une configuration quelconque, et leurs parois peuvent être uniformes ou non. La forme d'exécution représentée aux fig. 1 1 et 12 comprend des bossages scellés 82 de forme circulaire dont l'action de rembourrage est quelque peu différente de l'action assurée par les autres formes d'exécution décrites.
Un autre point à considérer dans la fabrication des matériaux de rembourrage est l'épaisseur des feuilles. Quand l'épaisseur des feuilles augmente, la résistance aux chocs augmente. Dans certains cas, il peut etre avantageux d'avoir une feuille moulée d'une dimension très faible, par exemple de l'ordre de 0,025 à 0,125 mm, tandis que l'autre feuille peut être relativement rigide pour constituer un support. Ainsi, on peut rencontrer de nombreuses variations dans l'épaisseur des feuilles scellées et dans les dimensions et la configuration des bossages pour obtenir l'action désirée d'absorption des chocs.
La forme d'exécution représentée à la fig. 13 comprend des poches scellées 83 de forme hémisphérique. On a trouvé que cette forme assure une action d'absorption des chocs différente de l'action assurée par les poches décrites précédemment, car la forme sphérique peut être comprimée avec une force moins intense que celle nécessaire à la compression des formes précédentes, bien que la résistance maximum obtenue par la forme hémisphérique soit sensiblement la même qu'avec les formes précédentes. Avec la forme hémisphérique cependant, l'emploi d'une paroi 84 d'épaisseur variable, tout en assurant une action d'absorption aux chocs, ne donne pas une action du même degré que la forme représentée aux fig. 6 et 10, par exemple.
I1 peut être utile dans certains cas d'utiliser un matériau de rembourrage comprenant d'autres matières en couche que des feuilles. Dans le cas d'un empaquetage, par exemple, il peut être avantageux d'appliquer un papier 85 (fig. 14) sur l'un des côtés de la structure. Le papier 85 est réuni à la feuille de scellage 86. Cette dernière est à son tour réunie à une feuille moulée 87, comme décrit précédemment (fig. 1 à 5).
Quand le matériau de rembourrage est utilisé pour des meubles, des tampons de tapis ou pour d'autres applications similaires, il peut être avantageux d'utiliser la forme d'exécution représentée à la fig. 15 comprenant un tissu de support 88. Dans le cas d'un papier ou d'un tissu de support (fig. 14 et 15), le papier ou le tissu peut être d'abord uni avec la feuille de matière plastique 86 qui est ensuite unie à la feuille moulée 87, bien qu'on puisse procéder autrement pour obtenir le même résultat. Dans le cas du papier et d'une matière plastique, ou d'un tissu et d'une matière plastique, le produit composé peut être utilisé à la place de la feuille 16 de la fig.
1 dans la fabrication du matériau de rembourrage.
La forme d'exécution représentée à la fig. 16 comprend une feuille moulée 89 unie à une feuille de scellage 90 pour former des poches 91, et une seconde feuille de scellage 92 unie aux parties extérieures de la feuille moulée 89 pour constituer un matériau de rembourrage présentant deux surfaces parallèles planes. La feuille 92 peut être fixée par scellage à chaud ou par un adhésif, il est seulement nécessaire d'effectuer une bonne liaison mécanique entre les feuilles 89 et 92, car un scellage hermétique est inutile. Avec un tel matériau, il est possible d'assurer une distribution plus uniforme de la pression entre les poches scellées 91 et, si on le désire, les bords périphériques de la structure peuvent être scellés afin d'éviter l'entrée de matières étrangères, d'insectes, etc.
Ce point est particulièrement important quand le matériau est utilisé pour l'empaquetage par exemple.
La forme d'exécution représentée aux fig. 17 à 19 comprend deux structures de rembourrage combinées pour former un matériau composé. Les deux structures distinctes 93 et 94 présentent des bossages scellés 93' et 94' respectivement, relativement largement espacés. Chacune des structures 93 et 94 correspond dans son ensemble à la structure représentée aux fig. 1 1 et 12 et peut être constituée d'une seule matière plastique ou combinée avec d'autres matières, comme représenté aux fig. 14 et 15. Les structures 93 et 94 sont fixées l'une sur l'autre par les bossages scellés 93' et 94' qui alternent les uns avec les autres de manière que l'épaisseur totale de la structure ne soit pas sensiblement supérieure à l'épaisseur totale des autres structures décrites.
Le matériau obtenu est représenté à la fig. 19 où les bossages 93' sont représentés en traits pleins et les bossages 94' en traits pointillés. L'alternance de ces structures est clairement visible à la fig. 19 qui montre que les poches sont contiguës les unes aux autres, ce qui assure une plus grande résistance au matériau.
La forme d'exécution représentée à la fig. 20 comprend une enveloppe imperméable aux gaz et à la vapeur. Le matériau comprend une feuille moulée 95, une feuille de scellage 96, une feuille de recouvrement plastique 97, et une enveloppe constituée par une feuille supérieure 98 et par une feuille inférieure 99, par exemple en aluminium. Les bords 100 sont scellés sur toute la périphérie de robjet, de sorte que les éléments de rembourrage sont complètement protégés.
Dans certaines applications, il est avantageux de combiner les qualités élastiques de matières telles que le caoutchouc mousse avec les qualités de rembourrage des poches d'air scellées précédemment décrites. Dans ce but, la forme d'exécution représentée à la fig. 21 comprend la structure 21 représentée à la fig. 7, par exemple, combinée avec une feuille
101 de caoutchouc mousse fixée sur un côté de la structure, par exemple par un ciment. Bien que le caoutchouc et les matières caoutchouteuses puissent être fabriquées avec divers degrés d'élasticité, ils ne peuvent présenter les avantages des matières de rembourrage décrits.
Cependant, comme on cherche à obtenir des caractéristiques de rembourrage très variables, on a trouvé avantageux de combiner une feuille de caoutchouc mousse naturel ou synthétique assurant un rembourrage très souple avec une structure comprenant plusieurs poches scellées. Ainsi, les caractéristiques des deux composants donnent un matériau composé présentant des caractéristiques d'absorption des chocs et de rembourrage non encore rencontrées jusqu'ici avec les structures connues. I1 est évident aussi qu'on peut utiliser des matières élastiques plus denses qu'un caoutchouc mousse, selon le caractère et la nature des caractéristiques d'absorption de chocs et de rembourrage désirées.
La forme d'exécution représentée à la fig. 22 comprend la même structure 21 précédemment décrite, qui est complètement enfermée dans des feuilles de caoutchouc naturel ou synthétique de toute densité désirée. Une feuille 102 de caoutchouc adhère à un côté de la structure 21, et une seconde feuille 103 adhère à l'autre côté de la structure, la feuille 103 remplissant les espaces entre les poches de rembourrage 24. De cette manière, la feuille 103 assure non seulement une résistance supplémentaire, mais encore elle supporte les poches de rembourrage 24. Cette forme d'exécution est particulièrement utile pour les rembourrages de meubles, les matelas, etc., et réduit sensiblement le prix de revient du matériau tout en assurant une action de rembourrage plus complète.
La forme d'exécution représentée à la fig. 23 comprend deux feuilles moulées scellées dos à dos.
Les deux feuilles 104 et 105 présentent plusieurs éléments moulés 104' et 105' et sont réunies à chaud l'une à l'autre pour former des poches scellées. Cette forme d'exécution permet d'obtenir un rembourrage supplémentaire et
Method of manufacturing a padding material, apparatus for its implementation
and padding material obtained by this process
The present invention relates to a method of manufacturing a cushioning material, an apparatus for carrying out this method and a cushioning material obtained by this method.
The resulting material can be used as a cushioning and shock-absorbing material, for example, for product packaging, upholstery of furniture, cars and trucks, for thermal insulation, etc.
Sheets or films of plastic materials, in particular thermoplastic films, are used industrially for many uses and sealing techniques are known which make it possible to attach sections of films to one another, for example to form rain coats. Melting plastics, however, presents many difficulties and the use of adhesives generally achieves the desired results. But it has been found that while the adhesives are satisfactory in many cases, they do not always provide a uniform and secure bond and obviously lead to a structure in which the constituent elements retain their individuality and form separate layers.
In addition, the introduction of an adhesive is open to criticism as a result of the expensive drying operations that it entails and the introduction into the material of a foreign material having specific characteristics.
In the process that comprises the invention, a first sheet of plastic material is molded to form hollow bosses on one of its faces, the other face of the sheet is heated at least between the bosses, at least one face of the film is heated. a second sheet, and said heated faces are fused to one another, so as to hermetically seal the hollow bosses.
It is thus sought to obtain a padding material comprising at least one layer having separate hollow bosses and a second layer hermetically sealed to the first so as to seal the bosses and thus form sealed pockets in which air or another fluid is locked up. As the layers constituting the material exhibit a certain flexibility and elasticity, the resulting material exhibits excellent cushioning and shock absorption characteristics. In the manufacture of such a material, the pneumatic cushioning may be reinforced by mechanical cushioning provided by the shape and configuration of the bosses.
In a particular embodiment, powdered materials can be incorporated between the various layers, for example flame retardants, desiccants or moisture absorbents, without affecting the seal between these layers.
Another advantage of the process is that it provides an excellent cushioning material when the pneumatic or shock absorbing structure is combined with other cushioning materials such as natural and synthetic rubbers. Likewise, in a further implementation of the process, other sheet materials can be added to achieve modified cushioning characteristics, greater strength, etc.
The resulting padding material exhibits padding and shock absorption characteristics that cannot be achieved with known materials of the same dimensions and weight, and at the same time the cost price of this material is much lower than with known materials. with equivalent characteristics.
The appended drawing represents, by way of example,
of the embodiments of the apparatus and of the material
objects of the invention and illustrates, also by way of
example, implementations of the method object of
invention.
implementations of the method which is the subject of the invention.
Figs. 1 to 5 are schematic views of five embodiments of the apparatus.
Fig. 6 is a broken down view of a first embodiment of the material.
Fig. 7 is a plan view corresponding to FIG. 6.
Fig. 8 is a partial section of a member that may include an embodiment of the device.
Fig. 9 is an elevation corresponding to FIG. 8.
Fig. 10 is a section, on a larger scale,
according to 10-10 of fig. 7.
Fig. 11 is a perspective view of a second embodiment of the material.
Fig. 12 is a plan view corresponding to FIG. 11.
Figs. 13-16 are sections of other embodiments of the material.
Fig. 17 is a broken down view of another embodiment of the material.
Fig. 18 is a plan view corresponding to FIG. 17.
Fig. 19 is a section on 19-19 of FIG. 18.
Figs. 20 to 23 are sections of other embodiments of the material.
In general, the process to be described comprises fusing sheet plastics together to form a resulting unitary laminate structure, so as to produce a laminate plastics material having sealed air pockets. , discreet and closely spaced, ensuring the material a high efficiency of padding and shock absorption. It has been found that continuous plastic sheets can be fused to each other and form a very good hermetic seal by at least heating the surfaces of the sheets to a fusing temperature and then pressing the heated surfaces into contact. This produces an immediate and permanent bond between the sheets, resulting in a homogeneous resulting material.
C: This fusion sealing process is particularly useful in the manufacture of cushioning materials, as it provides an airtight seal around each air pocket giving excellent cushioning characteristics. In the manufacture of cushioning materials, at least one of the sheets is heated and molded, for example by means of a cylinder with recesses, so as to form individual cells or pockets.
When successive parts of a sheet are molded, the surfaces of the sheet surrounding the pockets are maintained at a fusing temperature and a second sheet heated to a corresponding temperature is applied to form a unitary structure, each of the molded parts being individually sealed. to form pockets or cells containing air or other fluid permanently sealed in those pockets. While other methods can be used to adhere the sheets to each other, the heat fusing process has been found to provide the best results and more durable and safer materials.
In practice, it has been found that the process of molding and joining plastics can be carried out at high speed, for example at speeds of the order of 46 to 122 m / min and even more, depending on the thickness of the materials. sheets and device size. By correctly coordinating the temperature of the sheets and the speed of the machine, significantly higher speeds can be achieved.
Sheets of plastic can be used for this purpose, and excellent results have been obtained with polyethylenes, polyolefins, polypropylenes, polyvinyl chlorides and its copolymers with polyvinyl acetate, polyvinylidene chloride, polyvinyl-butyral and polystyrenes, as well as with thermosetting resins having a thermoplastic state or resins which can be molded before treatment or vulcanization, such as natural and synthetic rubbers and, in particular, butyl rubber.
The apparatus shown in FIG. It comprises a mold roll 10 having a mold surface for producing discrete pockets of the desired shape and configuration, preferably using vacuum molding means. The term molding used relates to the use of a recessed roll which should be distinguished from a protruding or embossing roll.
The product resulting from the molding, however, is analogous to an embossed product. A first sheet 1 1 is brought to the molding cylinder 10 by rollers 12, 13 and 14. These rollers are preferably heated to successively increasing temperatures in order to raise the temperature of the sheet 1 1 slowly and to bring this sheet on the molding roll at a specified temperature. For example, in the case of a low density polyethylene sheet, the temperature of roll 12 can be maintained between 82 and 940 C, while rolls 13 and 14 are maintained between 110 and 1160 C.
It is understood, however, that these temperatures vary according to the nature of the thermoplastic material, its softening and melting points, and according to the speed of the process and the thickness of the sheets, since it is important that the surfaces of the sheets brought into contact with each other are placed in a merged or sticky state.
The surface parts of the embossed sheet are maintained at the melting temperature specific to the particular material, for example from 110 to 1160 C for a low density polyethylene,
A heater 15 is used for this, although a compound roll can also be used in which the protrusions of the molding roll have a surface layer of an insulating material 10 'to prevent cooling of the protruding surfaces of the sheet. on the molding roll, these surfaces forming the bases of the molded pockets. At the same time, the remaining parts of the molded bags are brought to a reduced temperature. A second sheet 16 is fed onto the mold roll 10 by preheating rollers 17, 18 and 19.
Here again, the rolls are preferably maintained at successively increasing temperatures so that the sheet 16, when applied to the roll 10, exhibits a temperature at its surface on the order of the melting temperature of the material. When the surface layer of the sheet 16 is in contact with the protruding parts of the molded sheet 11, the fusion takes place immediately by contact of the two sheets while a pressure is maintained by the cooperation of the roller 19 with the roller 10. Thus, a firm seal is obtained by heat and pressure and the compound padding material, when it passes around the remaining part of the periphery of the cylinder 10, cools to form a unitary structure and can be removed from the cylinder 10 by a withdrawal roller 20.
The resulting cushioning material 21 may be transported to another apparatus to undergo another process or it may be roll wrapped, for example.
An additional factor affecting the fusion is the pressure of the roller 19 against the molding roller 10. Under the temperature conditions indicated above for a polyethylene sheet of low density and of a thickness of the order of a few hundredths of a millimeter, pressures of the order of 2.1 to 4.2 kg / cm2 are satisfactory. The pressure required is essentially an inverse function of the temperature of the sheet.
An embodiment of the padding material obtained with the apparatus shown in FIG. 1 is shown in FIGS. 6, 7 and 10, more detailed views of the mold roll 10 being shown in Figs. 8 and 9. It is seen that the roller 10 has hexagonal shaped and closely spaced depth recesses and that the heated sheet is drawn into these recesses by a suction device comprising tubes 22 connected to a pipe 23.
Fig. 6 shows the molded sheet 1 1 and the second sheet 16 before their meeting. The plan view of FIG. 7 shows the spacing of the hexagonal bosses 24, and it is evident that the use of such bosses ensures efficient use of the surface.
Fig. 10 is a section through the hexagonal bosses shown in FIG. 7 and will be described in detail later. Practical tests have shown that a permanent hermetic seal can easily be obtained from each of the bosses 24, which provides the material with excellent cushioning and shock absorption characteristics.
The apparatus shown in FIG. 2 comprises a heated molding roll 10. A sheet 25 is used which is fed to the mold roll by rollers 26, 27, 28 and 29, at least rolls 27 to 29 being heated to gradually raise the temperature of the sheet to a molding temperature for the particular material. constituting the sheet. The roll 10 includes a suction device to ensure the molding, and the temperature of the surface of the sheet is maintained at or near the point of fusion until the sheet arrives on a seal roll 30. A second plastic sheet 31 is fed directly from an extrusion apparatus 32 around the seal roll 30, then brought into contact with the molded sheet 25.
The sheet 31 can be at a temperature of 2600 C when it leaves the extruder 32 and the roll 30 is maintained at a temperature low enough that the temperature of the sheet 31 is lowered to the desired melting temperature at the time. of its application on the sheet 25. As the sheet 31 is at the fusing temperature and at least its surface layers are fluid, the engagement of the two sheets causes their firm adhesion to one another and their joint. permanently, the surfaces of the sheet 31 around the molded parts of the sheet 25 forming air pockets, as previously described.
The material obtained gradually cools down during its movement, the roller 10 being maintained by the suction device at a pressure below atmospheric pressure, and it is withdrawn from the roller 10 by a withdrawal roller 33. The resulting material 37 is transported away from the molding roll by successive rollers 34, 35 and 36. The rolls 34 and 35 are preferably cooled in order to ensure complete cooling of the material 37.
The apparatus shown in FIG. 3 also comprises a molding roller 10. A first extrusion device 40 extrudes a thin sheet 41 which passes around a roller 42 and which is supported in its passage around this roller by a moving belt 43 carried by rollers 44. , 45 and 46.
At least one of the rollers 44 to 46 and the belt 43 are at a temperature such as to lower the temperature of the extruded sheet to the melting temperature just before joining with a molded sheet 47. The latter is extruded by a second extrusion device 48 and brought around a roller 49. It is supported and protected during its passage around the roller 49 by a moving belt 50 carried by rollers 51, 52 and 53. These rollers and the belt 50 are at a temperature such that the temperature of the sheet is brought to the molding temperature, as described above for the sheet 41. The sheet 47, after being supplied to the roll 10, is molded and then joined to the sheet 41 for permanently seal the molded parts and form hermetically sealed and closely spaced pockets.
As the composite sheet passes around roll 10, it cools and can be removed from the molding roll by withdrawal roll 54. The resulting material 55 can then pass over cooling rolls or other cooling means if its weight and thickness require it.
The apparatus shown in FIG. 4 comprises a double extrusion device 60 ensuring the simultaneous extrusion of two sheets 61 and 62. The sheet 61 is brought around a roller 63 and supported during its passage by a moving belt 64 carried by rollers 65, 66 and 67. Sheet 61 is then fed onto mold roll 10 and vacuum molded, for example. Sheet 62 is fed around roll 62 'and onto mold roll 10, and roll 62' provides contact pressure between sheets 61 and 62 to effect thermal fusion. Composite sheet 68 is cooled as it travels around roll 10 and removed by shrink roll 69. The material can be cooled further and undergo further processing.
In some cases, it may be advantageous to obtain a cushioning material from which both sheets are molded. For this, the apparatus shown in FIG. 5. A first sheet 70 is fed around a preheated roll 71 and onto a vacuum molding roll 72. Any other molding means could of course be used. A second sheet 73 is fed around a roll 74 on a vacuum molding belt 75 carried by rollers 76 and 77. The bosses of the belt 75 and the roll 72 are identical and are arranged to overlap each other. others. The belt has a suction device to ensure the vacuum molding of the sheet 73. In addition, the sheets 70 and 73 can be preformed and extruded directly by devices such as those shown in FIGS. 3 and 4.
To avoid unnecessary cooling of the exterior surfaces of the molded sheets, the apparatus includes an electric heater 78 which maintains at least the surface layers of the molded sheets in a slightly fluid or tacky state to facilitate fusing. The fusion pressure is provided by the tension of the belt 75 as it passes over the roller 72, this pressure being controlled by a tension roller 79. Other pressure means can be used for this purpose, for example two molding rolls. cooperating practically identical to the roller 72, which provide the molding and bring the molded sheets into pressure engagement. The material obtained with this device is shown in fig. 23 and will be described later.
In some cases, it may be advantageous to form sealed air pockets such as those shown in Figs. 6 and 7 for example, containing air at atmospheric pressure or at a slightly higher pressure after the material has been cooled.
Since the sealing of the pockets filled with fluid to form the cushioning material is normally carried out at atmospheric pressure and a relatively high temperature, deflation of the pockets occurs when the material is brought to room temperature. Various methods can be used to correct or avoid this deflation, for example a method of sealing at a pressure greater than atmospheric pressure so that when cooling the finished material subjected to atmospheric pressure, a determined pressure equal to or greater than the pressure atmospheric is maintained in the pockets.
Another method of preventing deflation on cooling is to reheat the padding material to deboss it slightly, so that the resulting contraction produces smaller but fully inflated pockets.
Other methods consist of using the following melting temperature table which gives the ranges of melting temperatures for various classes of meltable plastics, it being understood that within each class there are many specific variable characteristics.
Melting temperature table
Class of material to be fused Temperatures
merger
in oC
Polyvinyl chloride
and its copolymers 162-177
Polyethylenes (low density
and medium) 115-132
Polyethylenes (high density) 132-160
Polystyrenes 121-135
Styrene mixtures 138-166
Polypropylenes 138-166
The material shown in fig. 6, 7 and 10 include hexagonal sealed bosses 24 and can be seen in FIG. 10 that each boss 24 comprises side walls 80 of varying thickness, the thinnest part of the wall being furthest from the sealing sheet 16. The presence of such walls 80 provides a mechanical shock-absorbing action which increases the pneumatic action.
Boss 24 normally contains a gas or other fluid sealed in the pocket and when pressure is applied to the boss the walls tend to expand and allow the boss to be compressed. In many cases, there is a point beyond which further compression cannot be absorbed without causing the pouch to rupture. In such a case, the walls 80 provide a new support and when the boss itself is crushed, the walls provide increasing resistance until the moment when the structure is completely destroyed.
Thus the material shown in FIGS. 6, 7 and 10 provide both pneumatic action and mechanical shock absorbing action and these actions are valuable when the material is used to protect objects intended to fall from a great height and whose impact is to be absorbed even if the damping members are crushed during this shock. Such a case is encountered in the dropping of objects from an airplane which obviously requires means to protect the object at the time of impact.
The bosses 24 can have any desired shape and have any configuration, and their walls may or may not be uniform. The embodiment shown in FIGS. January 1 and 12 comprises sealed bosses 82 of circular shape, the cushioning action of which is somewhat different from the action provided by the other embodiments described.
Another point to consider in making cushioning materials is the thickness of the sheets. As the thickness of the sheets increases, the impact resistance increases. In some cases, it may be advantageous to have a molded sheet of a very small size, for example of the order of 0.025 to 0.125 mm, while the other sheet may be relatively stiff to provide support. Thus, many variations may be encountered in the thickness of the sealed sheets and in the dimensions and configuration of the bosses to achieve the desired shock absorbing action.
The embodiment shown in FIG. 13 includes sealed pockets 83 of hemispherical shape. It has been found that this shape provides a shock absorbing action different from the action provided by the pockets described above, since the spherical shape can be compressed with a less intense force than that required for the compression of the previous shapes, although the maximum resistance obtained by the hemispherical shape is substantially the same as with the previous shapes. With the hemispherical shape, however, the use of a wall 84 of varying thickness, while ensuring an impact absorbing action, does not give an action of the same degree as the shape shown in FIGS. 6 and 10, for example.
It may be useful in some cases to use a cushioning material comprising other layered materials than sheets. In the case of packaging, for example, it may be advantageous to apply a paper 85 (Fig. 14) on one of the sides of the structure. The paper 85 is joined to the sealing sheet 86. The latter is in turn joined to a molded sheet 87, as previously described (Figs. 1 to 5).
When the upholstery material is used for furniture, carpet pads or other similar applications, it may be advantageous to use the embodiment shown in fig. 15 comprising a backing fabric 88. In the case of a backing paper or fabric (Figs. 14 and 15), the paper or fabric may first be united with the plastic sheet 86 which is. then united to the molded sheet 87, although one could do otherwise to achieve the same result. In the case of paper and plastic, or fabric and plastic, the composite product can be used in place of sheet 16 of FIG.
1 in the manufacture of the cushioning material.
The embodiment shown in FIG. 16 comprises a molded sheet 89 joined to a sealing sheet 90 to form pockets 91, and a second sealing sheet 92 joined to the exterior portions of the molded sheet 89 to constitute a cushioning material having two planar parallel surfaces. The sheet 92 can be fixed by heat sealing or by an adhesive, it is only necessary to make a good mechanical bond between the sheets 89 and 92, since a hermetic seal is unnecessary. With such a material, it is possible to ensure a more uniform distribution of the pressure between the sealed pockets 91 and, if desired, the peripheral edges of the structure can be sealed in order to prevent the entry of foreign material, insects, etc.
This is particularly important when the material is used for packaging for example.
The embodiment shown in FIGS. 17-19 includes two cushioning structures combined to form a compound material. The two separate structures 93 and 94 have sealed bosses 93 'and 94', respectively, which are relatively widely spaced. Each of the structures 93 and 94 corresponds as a whole to the structure shown in FIGS. 1 1 and 12 and can be made of a single plastic material or combined with other materials, as shown in Figs. 14 and 15. The structures 93 and 94 are fixed to each other by the sealed bosses 93 'and 94' which alternate with each other so that the total thickness of the structure is not substantially greater than the total thickness of the other structures described.
The material obtained is shown in fig. 19 where the bosses 93 'are shown in solid lines and the bosses 94' in dotted lines. The alternation of these structures is clearly visible in fig. 19 which shows that the pockets are contiguous to each other, which ensures greater resistance to the material.
The embodiment shown in FIG. 20 includes a gas and vapor impermeable envelope. The material comprises a molded sheet 95, a sealing sheet 96, a plastic cover sheet 97, and an envelope consisting of a top sheet 98 and a bottom sheet 99, for example of aluminum. The edges 100 are sealed around the entire periphery of robjet, so that the padding elements are completely protected.
In some applications, it is advantageous to combine the elastic qualities of materials such as foam rubber with the cushioning qualities of sealed air pockets previously described. For this purpose, the embodiment shown in FIG. 21 comprises the structure 21 shown in FIG. 7, for example, combined with a foil
101 of foam rubber fixed to one side of the structure, for example by cement. Although rubber and rubbery materials can be made with varying degrees of elasticity, they cannot exhibit the advantages of the cushioning materials described.
However, as it is sought to obtain very variable padding characteristics, it has been found advantageous to combine a sheet of natural or synthetic foam rubber providing a very flexible padding with a structure comprising several sealed pockets. Thus, the characteristics of the two components result in a compound material exhibiting shock absorption and cushioning characteristics not yet encountered hitherto with known structures. It is also evident that elastic materials denser than foam rubber can be used, depending on the character and nature of the shock absorbing and cushioning characteristics desired.
The embodiment shown in FIG. 22 comprises the same structure 21 previously described, which is completely enclosed in sheets of natural or synthetic rubber of any desired density. A rubber sheet 102 adheres to one side of the frame 21, and a second sheet 103 adheres to the other side of the frame, the sheet 103 filling the spaces between the padding pockets 24. In this way, the sheet 103 ensures. not only additional strength, but also supports padding pockets 24. This embodiment is particularly useful for upholstery of furniture, mattresses, etc., and significantly reduces the cost of the material while providing effective action. more complete padding.
The embodiment shown in FIG. 23 includes two molded sheets sealed back to back.
The two sheets 104 and 105 have several molded elements 104 'and 105' and are hot joined to each other to form sealed pockets. This embodiment provides additional padding and