Procédé pour produire un stratifié et appareil pour sa mise en oeuvre
La présente invention a pour objet un procédé pour produire un stratifié à partir d'une pellicule de polyoléfine et d'une bande substrat en une matière différente de la pellicule de polyoléfine. Elle a également pour objet un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Du fait du grand nombre de propriétés physiques et chimiques avantageuses que présentent les matières plastiques telles que les polyoléfines, etc., ces matières thermoplastiques sont extrêmement intéressantes pour former des revêtements sur d'autres matières afin de réaliser un stratifié qui est imperméable à l'eau, à la vapeur d'eau, à la chaleur et qui, d'une manière générale. est inerte vis-à-vis de la plupart des produits chimiques. Des stratifiés de matières thermoplastiques avec d'autres matières comprenant le papier, le carton, des clinquants et d'autres matières plastiques présentent un intérêt sans cesse croissant dans l'industrie de l'emballage et en particulier dans le domaine de l'emballage des aliments.
Par exemple, pour emballer des produits tels que le lait, des aliments congelés et le beurre, on enduit ou on stratifie les cartons avec des matières thermoplastiques du fait que celles-ci n'ont en général aucun effet chimique ou physique nuisible vis-à-vis des produits alimentaires avec lesquels elles viennent en contact.
Le soudage ou la jonction de matières thermoplastiques avec d'autres matières semblables ou différentes s'effectuent en général en collant les matières ensemble en utilisant un agent de liaison intermédiaire et dans certains cas en appliquant ensuite une pression et, dans certains cas, une chaleur suffisante pour activer l'adhésif mais insuffisamment élevée pour faire fondre et sceller les matières qui sont réunies. Cependant, certains types de matières thermoplastiques n'adhèrent pas aux adhésifs ni à d'autres matières de substrats, ce qui empêche de coller ensemble de telles matières.
On a mis au point des appareils et des procédés pour revêtir ou stratifier des matières thermoplastiques avec d'autres matières même lorsque les matières thermoplastiques n'adhèrent pas habituellement aux matières des substrats. L'un de ces procédés réside en un procédé de revêtement par extrusion dans lequel on extrude une matière thermoplastique telle qu'une polyoléfine à une température extrêmement élevée sur un substrat tel que du papier, etc. Pendant cette opération d'extrusion, la polyoléfine fondue extrêmement chaude est exposée à l'air qui, du fait de la température extrêmement élevée, semble oxyder la surface de la polyoléfine fondue en lui permettant de se coller à la matière du substrat.
Bien que donnant un produit stratifié efficace, ce procédé d'extrusion présente certains inconvénients, en particulier du point de vue économique. Par exemple, les enduiseurs par extrusion de dimensions importantes demandent une période de durée prolongée pour s'échauffer jusqu'aux températures de travail ainsi que des périodes prolongées de durées correspondantes pour leur permettre de se refroidir. Par suite, pendant les stades de chauffage et de refroidissement de ces enduiseurs par extrusion, une quantité importante de polyoléfine est perdue en réalité, ainsi que de la main-d'ceuvre et du temps de travail de la machine.
Une autre propriété désavantageuse du procédé d'enduisage par extrusion réside dans le fait que les bords latéraux du produit stratifié ou enduit doivent être ébarbés du fait qu'un bourrelet se forme le long de ces bords pendant l'opération d'enduisage. Au cours de l'ébarbage, il faut également supprimer une petite quantité du substrat avec le bourrelet et cette quantité ne peut pas être récupérée ni comme substrat ni comme polyoléfine du fait que ces matières sont collées l'une à l'autre. De plus, une autre cause de déchets du procédé d'enduisage par extrusion est constituée par les déchets qui se produisent pendant la mise au calibre effectuée pendant les phases de travail initiales de ce procédé. On a trouvé que même après que les extrudeurs ont été chauffés jusqu'aux températures de travail, il faut un temps considérable avant que l'opérateur puisse effectuer le calibrage .
On se rend compte que toute variation de largeurs, toute variation de la vitesse de la vis d'avance, toute modification du type de polyoléfine oblige l'opérateur à effectuer un calibrage avant que l'appareil soit capable d'être mis en production.
Un inconvénient supplémentaire du procédé d'enduisage par extrusion est présenté par les déchets qui se produisent pendant le fonctionnement de l'extrudeur et qu'on décrit en général comme étant des déchets en cours de fonctionnement. C'est ainsi que tout défaut de conditionnement ou toute situation qui oblige à ralentir l'appareil d'enduisage se traduit par une matière invendable du fait que celle qui est produite pendant la période de ralentissement, pendant la période d'accélération suivante par rapport aux vitesses réelles de travail, donnent un produit qu'on ne peut utiliser.
Bien que certaines matières plastiques, comme indiqué plus haut, puissent être collées à d'autres en utilisant un agent de liaison intermédiaire, d'autres matières plastiques, y compris certaines des matières thermoplastiques, sont relativement non adhérentes aux adhésifs ainsi qu'à d'autres matières de sorte qu'on ne peut pas réaliser une stratification simplement par une opération de collage. n convient d'indiquer cependant que des procédés et des moyens ont été mis au point pour traiter des surfaces non adhérentes et les rendre plus adhérentes. De tels procédés consistent à réactiver un polyéthylène soit par oxydation de surface ou décharge électrique. Ensuite, on peut utiliser des encres ou des adhésifs qui sont compatibles avec les surfaces de polyéthy lène traité.
Cependant, I'utilisation d'adhésifs au cours des opérations de stratification oblige également à soumettre ces matières adhésives à des températures assez élevées pour faire dégager les substances volatiles, ce qui se traduit souvent par la formation de bulles ou boursouflures qui rendent les stratifiés de la production finale non uniformes et désavantageux. De ce fait, il n'est pas possible d'habitude d'agir d'une manière poussée sur la qualité pour l'améliorer au cours d'opérations de stratification pour lesquelles on utilise un agent de liaison intermédiaire. De plus, l'utilisation d'adhésifs chimiques implique non seulement un équipement coûteux mais encore des modes opératoires prenant beaucoup de temps.
Le procédé selon l'invention, dans lequel une surface de la pellicule de polyoléfine qui, normalement, est non polaire, a été traitée par une décharge électrique pour la rendre polaire, afin que cette surface traitée soit apte à être liée chimiquement et mécaniquement avec une matière différente par scellement à la chaleur, est caractérisé en ce qu'il consiste à chauffer au moins une surface de la bande substrat à une température se rapprochant au moins de la température de scellement à chaud de la surface traitée de la pellicule de polyoléfine, et à amener cette surface traitée de la pellicule de polyoléfine en ferme contact avec la surface chauffée de la bande substrat pour effectuer une transmission de chaleur depuis cette dernière dans une mesure suffisante pour faire adhérer les surfaces opposées de la pellicule et de la bande.
Il est également envisagé dans certains cas, en particulier lorsqu'on utilise des substrats légers, de soumettre le produit stratifié scellé à la chaleur à une température croissante tout en le déplaçant par-dessus une surface uniforme, de préférence cylindrique, pour amener la matière thermoplastique à un état semi-fluide de sorte que sa structure moléculaire subit une réorientation, ce qui supprime la tendance à l'enroulement du stratifié résultant. L'appareil utilisé dans le procédé selon la présente invention est relativement peu coûteux en comparaison des appareils utilisés dans les installations d'enduisage par extrusion courantes qui servent à produire industriellement des produits portant un revêtement en matière thermoplastique.
De plus, ce procédé et celait appareil présentent un grand nombre d'avantages propres par rapport au procédé d'enduisage par extrusion ainsi que par rapport aux procédés de collage utilisant de la colle ou d'autres adhésifs. Dans ce but, il convient d'indiquer que le procédé de stratification à sec réduit les chutes ou les déchets de travail et permet également de réaliser des économies importantes de main-d'oeuvre, de matières et de temps.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention et deux variantes.
La fig. 1 est une vue schématique de cette forme d'exécution.
La fig. 2 est une vue schématique de la première variante, et
la fig. 3 est une vue schématique de la seconde variante.
D'une manière générale, on envisage de produire des stratifiés scellés à la chaleur à partir d'une feuille ou d'une pellicule de polyoléfine et d'une bande de substrat en une matière différente de celle de la pellicule de polyoléfine. La pellicule n'est pas supportée dans le sens qu'elle n'est pas fixée sur aucune autre bande et qu'elle ne sert de revêtement à aucune autre bande, mais cette pellicule doit rester non chauffée pour que ses dimensions restent stables. De ce fait, I'un des avantages importants du procédé qui va être décrit réside dans le fait que la bande substrat est chauffée et fournit la chaleur nécessaire pour permettre le scellement entre la pellicule thermoplastique et la bande substrat. En pratique, la pellicule est maintenue non chauffée jusqu'à ce qu'elle soit mise en contact avec le substrat chauffé, dans la zone de pincement et de scellement à la chaleur.
Du fait que ce procédé n'implique ni ne nécessite l'utilisation d'adhésifs tels qu'une colle, etc., on peut le décrire comme étant un procédé de stratification à sec . Les nouveaux produits stratifiés scellés à la chaleur présentent des applications et utilisations extrêmement étendues en plus de leur utilité dans le domaine de l'emballage, y compris des usages industriels à la fois comme matières de calorifugeage et d'isolement électrique, comme matières d'enveloppement ménager, comme élément de couverture agricole. comme élément de couverture sacrifiable, etc.
Dans le traitement de la surface de polyoléfine, par exemple de polyéthylène, on expose la surface à une décharge électrique produite généralement par un courant électrique à haute tension. Dans certains cas, le bombardement électronique de la surface du polyéthylène comporte une lueur ou décharge par effluves très rapprochée de la surface traitée. Bien que les mécanismes et les phénomènes impliqués dans le traitement par décharge électrique ne soient pas déterminés actuellement, on pense que le traitement électrique fait augmenter le nombre de liaisons non saturées dans les molécules de la surface du polyéthylène, de sorte que la surface traitée devient plus adhérente.
Les termes traitement ou traité , tels qu'ils sont utilisés ici doivent être définis comme étant le résultat de l'utilisation de la décharge électrique servant à traiter une surface de corps en polyéthylène, tels que des pellicules ou des feuilles de polyéthylène.
Dans une mise en ceuvre du procédé, la pellicule thermoplastique et la bande substrat peuvent être déplacées suivant un trajet déterminé, la pellicule et la bande substrat étant normalement déroulées à partir de rouleaux de dimensions relativement importantes constituant les sources de ces matières. Si la matière thermoplastique est constituée par une pellicule de polyéthylène, on commence d'abord par la traiter par le procédé de décharge électrique. Bien entendu, les rouleaux de pellicules utilisés peuvent être traités lorsqu'on les fabrique.
On chauffe au moins une surface de la bande substrat qui doit être scellée à la chaleur jusqu'à une température qui, de préférence. dépasse largement la température de fusion de la surface de la pellicule de la polyoléfine thermoplastique. La bande substrat et la pellicule thermoplastique sont amenées en contact intime l'une avec l'attire en les faisant passer entre des rouleaux de pincement dont la pression de pincement est suffisante pour produire un scellement à la chaleur de 1:
:3 pellicule et du substrat, La surface non chauffée de la pellicule thermoplastique lorsqu'elle est mise en contact avec la surface chauffée de la bande substrat se trouve chauffée à sa température de fusion, de sorte que cette surface traitée prend un état semi-fltiide. La pression de pincement est suffisante pour presser la pellicule et la bande l'une avec l'autre suivant un contact tel que dans le cas où la bande substrat est en une matière fibreuse et poreuse, telle que du papier kraft. de l'étoffe. etc..
la substance tllermoplastique s'écoule réellement autour des fibres de surface de la bande substrat en pénétrant dans ses interstices et en s'ancrant elle-même mécaniquement. De plus, la surface traitée de la pellicule de polyoléfine présente également une affinité chimique pour la substance différente qui constitue la matière du substrat. de sorte qu'on réalise une liaison chimique aussi bien que mécanique. Cette adhérence chimique est particulièrement nécessaire lorsque la pellicule thermoplastique doit être stratifiée à sec sur une substance dense. non poreuse, non fibreuse telle que du papier glacé, de la cellophane, du clinquant ou d'autres matières de substrat semblables. L'adhérence ou la liaison mécanique seule serait insuffisante dans certains cas pour stratifier ensemble les matières.
Dans le cas de substrats rugueux, poreux, fibreux, ce n'est que pour améliorer encore l'adhérence entre la pellicule et la bande substrat qu'on chauffe le substrat pour l'amener à une température suffisante pour chauffer la pellicule thermoplastique sur toute sa profondeur, à une température qui correspond à la température de fusion de la pellicule, et de soumettre ensuite le stratifié à un pincement ou à des pincements supplémentaires pour entraîner et comprimer la pellicule thermoplastique fondue dans les interstices et autour des fibres du substrat pour accroître d'une manière supplémentaire la liaison mécanique et également pour augmenter considérablement la surface de liaison chimique.
La disposition constituée par les pincements multiples ainsi que le chauffage ultérieur de la pellicule de polyoléfine, après avoir été mise en contact avec la bande substrat, non seulement augmente considérablement la liaison chimique et mécanique des stratifiés mais encore elle est avantageuse pour supprimer toute tendance du produit stratifié à s'enrouler lorsqu'on utilise des substrats légers. Au cours de la fabrication d'une pellicule de matière thermoplastique, cette dernière est extrudée à l'état fondu d'une filière et pendant qu'elle est encore à un état semi-visqueux elle est étirée pour l'amener au calibre et aux dimensions voulus.
Ce processus d'étirage fait étirer les chaînes moléculaires aléatoires semblables à des ressorts à boudin de sorte que lorsque la pellicule est refroidie et se solidifie, elle comporte des tensions et des étirements congelés intérieurement. Ensuite, lorsque la pellicule est chauffée à nouveau ou est ramenée à un état fluide visqueux semblable, une force est exercée par les chaînes moléculaires du fait dc leur orientation biaxiale, de sorte que la pellicule fluide tend à se contracter.
Dans ce procédé de stratification à sec, la pellicule thermoplastique est déjà fixée à la bande substrat lorsqu'elle est chauffée et amenée à un état fluide semivisqueux de sorte que si l'on utilise un substrat léger, la contraction dc la pellicule thermoplastique tend à faire enrouler le stratifié.
Cependant, en accroissant la température du stratifié tout en le maintenant contre une surface lisse, de préférence cylindrique. la pellicule ne subit aucune contraction et si on la laisse rester ou séjourner à l'état semifluide pendant une période de durée prédéterminée, il se produit une réorientation moléculaire. Ensuite, lorsque la pellicule thermoplastique du stratifié est refroidie et est ramenée à un état solide, le stratifié ne présente aucune tendance à s'enrouler.
Ceci peut être réalisé en maintenant le stratifié contre la surface d'un tambour chauffé. après le scellement à la chaleur dans la première zone de pincement et à mesure que le stratifié se déplace autour de ce tambour pour aller aux zones de pincement suivantes. Lorsqu'on applique une tension suffisante au stratifié, ce dernier repose à plat contre la surface du tambour chauffé et ce chauffage ainsi que les pincements multiples produisent non seulement le scellement à la chaleur voulu entre la pellicule et le substrat mais également un effet de recuit de la pellicule thermoplastique et il se produit une réorientation moléculaire de sorte qu'aucun enroulement ne se manifeste lorsque le stratifié est refroidi ensuite.
Il convient d'indiquer que les opérations décrites ci-dessus concernent la stratification par scellement à la chaleur d'un seul substrat et d'une seule pellicule de polyéthylène. Ce procédé permet d'envisager également un fonctionnement continu pendant lequel les deux surfaces d'une pellicule thermoplastique sont traitées de façon à pouvoir former des stratifiés à couches multiples. C'est ainsi qu'un exemple d'un tel stratifié à couches multiples peut comprendre un substrat en papier, scellé à la chaleur sur une première surface d'une pellicule thermoplastique tandis que l'autre surface de celleci est scellée à la chaleur sur un substrat en clinquant ou en une matière analogue.
En se reportant maintenant à l'appareil représenté sur la fig. 1, on voit qu'une bande substrat allongée S, telle que du papier kraft à parois multiples ou une matière analogue, passe par-dessus des rouleaux fous 10 qui sont disposés à des positions relatives espacées. Il convient d'indiquer que bien que non représentée sur le dessin, la bande S est déroulée d'un rouleau monté sur un support de déroulage de construction classique, pourvu d'un mécanisme de freinage et d'un moyen servant à effectuer des jonctions volantes, d'une manière bien connue. Au moins l'un des rouleaux fous 10 est monté sur une structure de support de stratification 11 de construction verticale qui est pourvue d'une série de bras disposés horizontalement.
La forme et le modèle de la structure de support 11 sont destinés principalement à monter commodément les divers éléments de l'appareil d'une façon compacte de manière à pouvoir le loger dans les bâtiments les plus classiques. Dans ce but, les rouleaux fous 10 sont montés de préférence à un certain espacement du plancher d'un tel bâtiment pour permettre à un opérateur de les atteindre facilement tout en lui permettant de marcher en dessous de ces rouleaux. I1 convient de noter que le rouleau fou 10 monté sur la structure de support se trouve très près d'un cylindre rotatif de préchauffage 12 relativement important qui est formé de deux enveloppes cylindriques concentriques et espacées en acier, dont l'enveloppe extérieure est de préférence chromée. Le cylindre de préchauffage peut être du type construit par
Frank W.
Eager Company of Summerville, New Jersey, et il est pourvu d'un mécanisme de chicane en spirale (non représenté) disposé entre les enveloppes et à travers lequel on fait circuler un liquide chauffé tel que du glycol ou un liquide analogue qui chauffe l'enveloppe extérieure pour l'amener à une température prédéterminée. De ce fait, le cylindre de préchauffage 12 sert d'échangeur de chaleur et effectue un préchauffage efficace de la bande substrat S à mesure que cette dernière est déplacée le long de sa surface. Un cylindre de préchauffage supplémentaire 1 2a (représenté en pointillé) peut également être utilisé, lequel est de préférence de construction et de dimensions identiques au cylindre de préchauffage 12.
Ce cYlindre supplémentaire ou auxiliaire de préchauffage 1 2a ne sert pas à augmenter la capacité de chauffage pour préchauffer la matière du substrat mais peut être utilisé lorsqu'on fait fonctionner l'appareil à grande vitesse.
L'appareil de stratification comprend également un cylindre de pincement chauffé 13. relativement grand, monté de manière à tourner, dont la construction est semblable à celle des cylindres de préchauffage à enveloppe double 12 et 12a mais dont les dimensions sont beaucoup plus grandes que celles de ces cylindres de préchauffage. Par suite, ce cylindre de pincement chauffé comporte également une construction à deux enveloppes entre lesquelles est disposée une chicane en spirale servant à régler l'écoulement d'un liquide chauffé tel que du glycol ou d'autres liquides de chauffage appropriés entre les enveloppes, de manière à chauffer l'enveloppe extérieure et l'amener à une température prédéterminée.
De cette manière. le cylindre de pincement chauffé 13 coopère avec le cylindre de préchauffage auxiliaire 12a pour chauffer la bande substrat S jusqu'à une température de préférence légèrement supérieure à la température de fusion de la pellicule de polyoléfine qui doit être scellée à la chaleur sur la bande substrat. En pratique, on a trouvé que la surface de la bande substrat peut être chauffée jusqu'à une température approximative comprise entre 1210 et 2040 C pour effectuer le scellement à la chaleur avec la plupart des pellicules de polyoléfine.
La matière thermoplastique représentée sur la fig. 1 est constituée par une pellicule de polyéthylène Pe qui est déroulée d'un rouleau 14 monté de manière à tourner sur un arbre d'une série d'arbres 15 portés par un support de dévidage 16 du type touret. Les arbres 15 supplémentaires du support de dévidage 16 du type touret sont destinés à recevoir des rouleaux supplémentaires de polyéthylène et des dispositions sont prises pour permettre d'effectuer des jonctions volantes pendant le fonctionnement de l'appareil. On voit que la pellicule de polyéthylène passe par-dessus un rouleau fou 17 porté par la structure de support 11, le rouleau fou étant construit de préférence en aluminium sablé pour présenter une surface de traction.
La pellicule de polyéthylène passe ensuite par-dessus des rouleaux de traitement entraînés 18 qu'on fait tourner à une vitesse prédéterminée de façon à appliquer une tension constante au polyéthylène et qui servent également à tirer la pellicule brute du rouleau 14. Les rouleaux de traitement 18 sont de préférence recouverts par une matière plastique diélectrique vendue sous le nom commercial de Hypolon et qui est utilisée en liaison avec le procédé par décharge électrique pour traiter les surfaces des pellicules de polyoléfine.
On notera qu'un premier mécanisme d'électrode 19 est disposé légèrement au-dessous et très près du premier rouleau de traitement 18 et qu'un autre mécanisme d'électrode 19 est disposé au-dessus et très près du second rouleau de traitement 18. Ces mécanismes 19 d'électrodes sont alimentés avec un courant à haute fréquence et à haute tension par l'intermédiaire de conducteurs électriques appropriés (non représentés) et ils servent à soumettre les surfaces opposées de la pellicule de polyoléfine à un bombardement électronique pour accroître leurs propriétés d'adhérence. Comme indiqué plus haut, ce traitement par décharge électrique est bien connu dans la technique et on estime inutile d'en donner une description détaillée.
La pellicule de polyéthylène traité passe ensuite autour de deux rouleaux d'étalement 20 construits également de préférence en aluminium et présentant une surface extérieure en forme d'arête de poisson, ces rouleaux d'étalement servant à maintenir la pellicule sans rides à mesure qu'elle est introduite dans la zone de pincement et de scellement à la chaleur.
La pellicule de polyoléfine traitée Pe est ensuite introduite dans la zone de pincement et de scellement à la chaleur formée par le cylindre de pincement chauffé 13 et un rouleau de pincement 21 recouvert de caoutchouc à la silicone qui est également tourillonné sur la structure de support 11. Le caoutchouc à la silicone du rouleau de pincement 21 présente un effet de nonadhérence ou de séparation vis-à-vis de la pellicule de polyéthylène non chauffée lorsque cette dernière est introduite dans la zone de pincement, mais ce rouleau 21 tend à être chauffé par la chaleur provenant du cylindre de pincement chauffé 13.
Par suite, on utilise un cylindre de refroidissement et de soutien de construction à double enveloppe semblable à celles des cylindres de préchauffage 12 et du cylindre de pincement chauffé 13, et qui est pourvu d'une chicane en spirale disposée entre ses enveloppes pour permettre de régler le débit d'eau froide qui est introduite dans le volume séparant ses enveloppes.
Il convient d'indiquer qu'il faut maintenir non chauffé le rouleau de pincement 21 du fait que si la pellicule de polyéthylène s'échauffait en venant en contact avec un tel rouleau chauffé, elle fondrait, s'étirerait et dans certains cas s'arracherait. Par suite, le rouleau de pincement 21 est refroidi du fait de son association avec le cylindre de refroidissement et de soutien 22, et la pellicule de polyéthylène est maintenue non chauffée jusqu'à ce qu'elle vienne en contact avec la bande substrat chauffée lorsqu'elle est introduite dans la zone de pincement.
La pression de pincement entre le cylindre de pincement 13 et le rouleau de pincement 21 peut être d'environ 17,5 kgrcm linéaire de pincement et cette pression de pincement doit être appliquée en utilisant des ensembles de cylindre et de piston pneumatiques (non représentés) du fait que l'air forme un coussin élastique sensible aux pressions produites par des irrégularités d'épaisseur de la matière qui se traduisent par des rides, des plis, etc.
Par suite, du fait que la zone de pincement est soumise à des pressions qui ne sont pas uniformes, non seulement la pression de pincement doit généralement être appliquée au cylindre de pincement chauffé 13 à l'aide d'ensembles de piston et de cylindre pneumatiques, mais encore la pression doit évidemment aussi être appliquée au cylindre de refroidissement et de soutien à l'aide d'ensembles de cylindre et de piston pneumatiques.
Avec cet agencement particulier, on laisse en fait le cylindre de pincement 21 flotter dans sa position rela tire, entre le cylindre de refroidissement et de soutien 22 et le cylindre de pincement chauffé 13.
L'appareil de stratification est également pourvu d'une seconde zone de pincement qui. dans le mode de réalisation représenté est opposée diamétralement à la première zone de pincement, et cette seconde zone de pincement est formée entre le cylindre de chauffage 1 3 et tin second rouleau de pincement 21 a. Le second rouleau de pincement 21a présente une construction identique à celle du rouleau de pincement 21, il est construit en caoutchouc à la silicone et il est refroidi par un cylindre de refroidissement et de soutien 2a de construction identique à celle du cylindre de refroidissement 22.
Cette seconde zone de pincement est essentielle pour fabriquer le papier de garniture à parois multiples utilisé dans l'industrie de l'emballage et pour revêtir toutes les bandes de substrat à surfaces rugueuses. à grande vitesse. pour les raisons suivantes. La seconde zone de pincement formée par le rouleau de pincement 21 a et par le cylindre chauffé 13 donne à la surface de la pellicule thermoplastique un fini mat de sorte que le stratifié présente un glissement suffisant pour passer par-dessus la première au cours d'opérations à parois multiples ainsi que pour éviter de bloquer l'intérieur des sacs pendant leur formation.
Cette seconde zone de pincement sert également à entraîner le polyéthylène chaud et mou dans les interstices de la surface poreuse et rugueuse des bandes de substrat, ce qui améliore l'adhérence par rapport à celle qu'on obtient avec une seule zone de pincement.
On fait passer le stratifié L formé par stratification et scellement à la chaleur de la bande substrat et de la pellicule thertnoplastique par-dessus une série de rouleaux de refroidissement 23 refroidis par eau à mesure que ce stratifié L quitte la dernière zone de pincement.
A ce point de vue, il convient d'indiquer que la température du stratifié L peut atteindre 1490 C environ lorsqu'il quitte la dernière zone de pincement et qu'il doit donc être refroidi avant de pouvoir faire passer le côté pellicule du stratifié sur des rouleaux fous quelconques et avant de pouvoir le rebobiner. Les rouleaux 23 refroidis par eau sont également d'un modèle à double enve
loppe comportant une chicane en spirale entre les enveloppes pour régler et diriger l'écoulement de l'eau froide
lorsque celle-ci traverse le volume séparant les enveloppes.
On fait passer ensuite le stratifié L sur un rouleau fou 24 pour l'envoyer à un mécanisme de rebobinage où
il est bobiné sous la forme d'un rouleau.
Dans le cas où on désire former un stratifié à couches multiples, on monte un rouleau 25 d'une autre bande substrat quelconque, telle qu'un clinquant F, sur un arbre 26 monté sur la structure de support 11 et on la fait passer par-dessus des rouleaux d'étalement 27, ces derniers présentant des surfaces en forme d'arête de poisson afin de supprimer les rides du clinquant. Ce clinquant est ensuite introduit dans une zone de pincement formée par un rouleau de pincement 21b portant un revêtement de silicone, de construction identique aux rouleaux de pincement revêtus de silicone 21 et 21 a et qui est pourvu d'un cylindre de refroidissement et de soutien 22b.
La construction de ce cylindre de refroidissement 22b est également identique à celles des cylindres de refroidissement et de soutien 22 et 22a et il convient d'indiquer que le clinquant F est introduit dans la zone de pincement sans être chauffé. Cependant, du fait que la pellicule thermoplastique se trouve à un état semifluide lorsqu'elle traverse la première zone de pincement, le clinquant n'a pas besoin d'être chauffé pour produire un scellement à la chaleur avec la pellicule thermoplastique. La zone de pincement formée par le rouleau de pincement 21 a et le cylindre dc pincement chauffé 13 sert de plus à augmenter la liaison mécanique et chimique entre la pellicule thermoplastique et le clinquant lorsque ce dernier constitue l'une des couches d'un certain nombre de couches du stratifié.
Dans le cas où on désirerait produire un stratifié scellé à la chaleur comportant au moins deux couches formées de pellicules de polyéthylène. on monte un second rouleau 14a d'une telle pellicule de polyéthylène de manière à le faire tourner sur un arbre lSa porté par un support de dévidage 1 6a du type touret, semblable au support de dévidage de type touret 16. Ce support de dévidage du type touret 1 6a peut également être pourvu d'une série de bobines vides destinées à recevoir des rouleaux supplémentaires et peut comporter une disposition permettant d'effectuer des jonctions volantes pendant le fonctionnement de l'appareil.
On fait passer la pellicule de polyéthylène autour de deux rouleaux de traitement 1 8a de construction semblable au rouleau de traitement 18 et dont chacun est recouvert d'une matière plastique diélectrique vendue sous le nom commercial de Hypolon . Ces rouleaux de traitement 1 8a sont également pourvus de moyens d'entraînement pour les faire tourner à une vitesse prédéterminée, de sorte que la pellicule brute est déroulée du rouleau 1 4a et qu'elle est également mise sous tension à une tension prédéterminée. A chacun des rouleaux de traitement 1 8a est associé un mécanisme d'électrode 1 9a connecté à l'aide de conducteurs électriques appropriés à une source de courant haute tension et haute fréquence.
De ce fait, la pellicule de polyéthylène Pe qui est déroulée du rouleau 1 4a est traitée sur ses deux surfaces par le procédé par décharge électrique afin de rendre ses surfaces plus adhérentes.
On fait passer ensuite la pellicule de polyéthylène traité par-dessus des rouleaux d'étalement en aluminium 20a comportant des arêtes de poisson afin de supprimer toutes les rides sur la pellicule avant de l'introduire dans la zone de pincement formée par le rouleau de pincement 21a et le cylindre de pincement chauffé 13. Cette pellicule de polyéthylène traité se trouve scellée à la chaleur à l'une des surfaces du clinquant F lorsqu'on utilise une couche en clinquant, la surface de séparation du clinquant étant chauffée du fait de son contact et de son pincement avec la première pellicule de polyéthylène et du fait du cylindre de pincement chauffé 13.
On voit par suite que le mode de réalisation représenté sur la fig. 1 est capable de produire un stratifié scellé à la chaleur à partir d'une seule pellicule de matière thermoplastique et d'une bande de substrat ou qu'en variante il peut produire un stratifié à couches multiples.
En se reportant maintenant à la fig. 2 on voit qu'elle représente un appareil schématique légèrement modifié pour produire un stratifié à couches multiples d'un type semblable aux produits à couches multiples obtenus à l'aide de l'appareil de revêtement par extrusion. C'est ainsi que l'appareil de la fig. 2 comprend un rouleau 40 d'une bande substrat S, telle que du papier sulfurisé ou une matière analogue, et qui est extrêmement utilisé dans le domaine de l'emballage. Cette bande substrat S passe à travers un dispositif tendeur comprenant un rouleau fixe 41 réalisé de préférence en une matière métallique telle que de l'acier, de l'aluminium, etc., et un rouleau en caoutchouc mou articulé 42, chargé par un ressort. Ce rouleau articulé 42 chargé par un ressort sert non seulement à tendre la bande S mais à la tirer du rouleau 40.
On peut faire osciller le rouleau articulé chargé par ressort 42 pour l'écarter ou faire cesser sa pression de contact avec le rouleau fixe 41, à l'aide d'un mécanisme de dégagement du type à came ou à levier, les rouleaux 40 et 41 appliquant une pression de pincement suffisante pour permettre d'effectuer une jonction volante pendant que l'appareil est en fonctionnement. Dans ce but, un rouleau 43, en attente, de bande substrat S est monté très près du rouleau 40 et également très près du rouleau fixe et du rouleau articulé 41 et 42, respectivement.
Après avoir fait passer la bande substrat S par le dispositif tendeur on la fait passer ensuite autour d'une série de rouleaux fous en aluminium 44 dont l'un est disposé très près d'un tambour de chauffage relativement important 46 qui est équipé d'une pompe circulaire appropriée servant à fournir un fluide de transmission de chaleur tel que du glycol ou un autre fluide de manière à amener la surface du tambour de chauffage à une température qui peut être comprise entre 54 et 149nC. Ce tambour de chauffage 45 est pourvu d'un arbre approprié 46 tourillonné de manière à tourner et à être entraîné par un moyen d'entraînement approprié de façon à faire tourner le tambour à une vitesse prédéterminée dans le sens des aiguilles d'une montre en observant la fig. 2.
Par suite, la bande de substrat S en papier sulfurisé est chauffée pendant qu'elle se déplace le long de la surface du tambour pour aller vers la première zone de pincement.
Un rouleau 47 de matière thermoplastique, qui dans ce mode de réalisation est constitué par un rouleau de pellicule de polyéthylène Pe d'une épaisseur de 12,5 microns, est monté à un emplacement approprié et la pellicule de polyéthylène Pe passe par un dispositif tendeur constitué par un rouleau de position métallique fixe 48 et un rouleau en caoutchouc mou articulé 49 chargé par un ressort dont les constructions sont sensiblement identiques à celles des rouleaux fixe et articulé 41 et 42. Un rouleau 50, en attente, d'une pellicule de polyéthylène Pe d'une épaisseur de 12,5 microns est également monté très près des rouleaux fixe et articulé 48 et 49 de manière à pouvoir effectuer une jonction volante lorsque le rouleau 47 est épuisé.
La pellicule de polyéthylène passe ensuite autour de deux rouleaux de traitement 51 qui sont recouverts d'une manière appropriée à l'aide d'une matière plastique diélectrique vendue sous le nom commercial de Mylar , les rouleaux fous 51 étant des rouleaux fous et chacun d'eux comportant un mécanisme d'électrode associé 52 connecté à l'aide de conducteurs appropriés à une source de courant haute tension et haute fréquence, de manière à traiter les côtés opposés de la pellicule de polyéthylène Pe.
Cette pellicule de polyéthylène traitée passe ensuite autour d'un rouleau 53 d'étalement à arête de poisson qui sert à aplatir et à supprimer les rides sur la pellicule de polyéthylène à mesure que celle-ci est introduite dans la zone de pincement. La première zone de pincement est formée par le tambour de chauffage 45 et par un tambour de pincement 54 réalisé de préférence en caoutchouc aux silicones et qui est en contact avec un cylindre de refroidissement et de soutien 55 de construction à double enveloppe comportant une chicane en spirale entre ses enveloppes à travers laquelle un réfrigérant tel que de l'eau est dirigé de la même manière que dans les cylindres de refroidissement du mode de réalisation de la fig. 1.
Il convient également d'indiquer que le rouleau de pincement 54 et le cylindre de refroidissement et de soutien 55 sont pourvus chacun d'un ensemble de piston et de cylindre pneumatique de manière à appliquer une pression de pincement comprise entre 9 et 14 kglom de largeur contre le tambour de chauffage 45.
Par suite, on voit que la pellicule de polyéthylène Pe est maintenue non chauffée jusqu'à ce qu'elle soit amenée en contact intime avec la bande substrat S de papier sulfurisé à l'endroit de la zone de pincement. Cette bande substrat S en papier sulfurisé a été préchauffée à une température qui, de préférence, est légèrement supérieure à la température de fusion de la pellicule de polyéthylène et dont la chaleur est transmise à cette dernière dans la zone de pincement pour effectuer avec celle-ci une liaison scellée à la chaleur à la fois mécanique et chimique. La poursuite du mouvement du stratifié autour de la surface de tambour de chauffage 45 amène la pellicule de polyéthylène à un état semi-fluide pendant une période d'une durée suffisante pour produire la réorientation de la pellicule et par suite supprimer toute tendance du stratifié à s'enrouler.
Un clinquant d'aluminium F d'une épaisseur de 9 microns provenant d'un rouleau 56 passe autour d'un rouleau fou 57 et ensuite autour de deux rouleaux d'étalement du type à arête de poisson espacés l'un de l'autre avant de l'introduire dans la zone de pincement pour le stratifier avec la pellicule de polyéthylène. Un rouleau d'attente approprié 59 de clinquant d'aluminium F est également prévu pour permettre à l'appareil de stratification de fonctionner d'une manière continue sans interruption lorsque le rouleau 56 est épuisé. On voit que le clinquant F reste non chauffé jusqu'à ce qu'il soit introduit dans la zone de pincement formée par le tambour de chauffage 45 et le rouleau de pincement 60 en caout chouc aux silicones.
Le rouleau de pincement 60 est refroidi par un cylindre de refroidissement et de soutien approprié 61 de construction identique à celle du cylindre de refroidissement et de soutien 55 associé au rouleau de pincement 54. Du fait que la pellicule de polyéthylène Pe qui a été stratifiée auparavant avec la bande substrat S de papier sulfurisé se trouve à un état semifluide, le clinquant F est scellé à la chaleur avec cette pellicule de polyéthylène lorsqu'il est mis en contact intime avec celle-ci dans la zone de pincement. Ensuite, le stratifié qui est formé par la bande substrat S de papier sulfurisé, par la première moitié de la pellicule de polyéthylène Pe et par le clinquant F est déplacée le long de la surface du tambour de chauffage 45 dans le sens des aiguilles d'une montre et, par suite, ce stratifié continue à être chauffé.
Le produit stratifié obtenu dans l'appareil représenté sur la fig. 2 peut également être pourvu d'un revêtement en polyéthylène d'une épaisseur de 25 microns sur son côté clinquant. Dans ce but, on voit que le rouleau 62 de pellicule de polyéthylène Pe d'une épaisseur de 25 microns est utilisé et qu'on fait passer la pellicule par un dispositif tendeur comprenant un rouleau de position métallique fixe 63 et un rouleau en caoutchouc mou articulé 64 chargé par un ressort qui sont semblables à ceux des autres dispositifs tendeurs. On prévoit également un rouleau 65 de pellicule de polyéthylène en attente pour permettre à l'appareil de stratification de continuer à fonctionner lorsque le rouleau 62 est épuisé.
On fait passer la pellicule de polyéthylène autour d'un rouleau de traitement 66 recouvert de Mylar au voisinage duquel est disposé un mécanisme d'électrode 67 pour traiter l'une des surfaces de la pellicule de polyéthylène avec un courant électrique à haute tension et haute fréquence. Ce mécanisme d'électrode 67 est connecté par un conducteur approprié à une source de courant électrique à haute tension et à haute fréquence et la surface de la pellicule de polyéthylène traité est rendue plus adhérente pour l'opération de scellement à chaud.
On fait passer ensuite la pellicule de polyéthylène autour de deux rouleaux d'étalement 68 du type à arête de poisson qui non seulement tendent la pellicule de polyéthylène mais encore en suppriment les rides.
Ensuite, on introduit la pellicule de polyéthylène dans la zone de pincement formée par le tambour de chauffage 45 et par un rouleau de pincement 69 en caoutchouc aux silicones. Ce rouleau de pincement 69 en caoutchouc aux silicones est en contact de roulement avec un cylindre de refroidissement et de soutien 70 de construction semblable à celle des cylindres de refroidissement et de soutien 55 et 61 et il sert à refroidir le rouleau de pincement 69. On voit ainsi que la surface traitée de la pellicule de polyéthylène est amenée en contact intime avec le clinquant chauffé dans la zone de pincement pour réaliser une liaison mécanique et chimique par scellement à la chaleur avec celle-ci. On notera également que la pellicule de polyéthylène est maintenue non chauffée jusqu'au moment où elle vient en contact avec le clinquant F.
Le rouleau de pincement 69 et le cylindre de refroidissement et de soutien 70 sont pourvus chacun d'ensembles appropriés pneumatiques de cylindre et piston qui poussent normalement ces rouleaux vers le tambour de chauffage 45 de sorte que la pression de pincement produite est également comprise entre 9 et 14 kg/cm de largeur de bande, contre le tambour de chauffage.
On voit que le stratifié L est déplacé dans le sens des aiguilles d'une montre par-dessus la surface chauffée du tambour de chauffage 45 pendant une période de durée prédéterminée et qu'ensuite il passe autour de deux rouleaux de refroidissement, refroidis par eau, de construction semblable à celle des rouleaux de refroidissement 23 du mode de réalisation de la fig. 1. Le stratifié L est refroidi par les rouleaux de refroidissement et il passe ensuite autour d'un rouleau fou pour être finalement enroulé sur une bobine de rebobinage pour former un rouleau 73 qui est porté d'une manière appropriée par un support 74 du type touret.
Pour faciliter le fonctionnement de l'appareil représenté sur la fig. 2 et du fait que les rouleaux de pellicule thermoplastique et de bande substrat sont disposés en des points espacés du plancher du bâtiment auquel est incorporé l'appareil, on prévoit des plates-formes 75 pour l'opérateur à des positions appropriées.
En se reportant maintenant à la fig. 3 on voit qu'elle représente une autre variante d'appareil servant à mettre en pratique le procédé de stratification à sec, et que cet appareil est destiné particulièrement à être utilisé pour former des revêtements sur les côtés opposés d'une bande substrat relativement épaisse telle que le carton brut utilisé pour fabriquer des cartons de lait, etc. La bande substrat S est constituée par un carton brut non revêtu qui est déroulé d'un rouleau relativement grand 100 d'une telle matière et qui est montée sur un dispositif de dévidage de construction classique.
On fait passer cette bande substrat par un dispositif tendeur constitué par deux rouleaux de pincement en caoutchouc, 101 et 102. qui sont pourvus de moyens d'entraînement les faisant tourner et qui peuvent également être pourvus de moyens de freinage refroidis et puissants. Il convient d'indiquer qu'une tension relativement constante et assez élevée doit être maintenue entre la zone de pincement formée par ces rouleaux pour empêcher la bande substrat S de se plisser lorsqu'elle traverse le four chauffé au gaz.
On fait passer ensuite la bande substrat S autour d'une série de rouleaux fous et on la dirige vers le four
105. chauffé au gaz. Bien que non représentés, des moyens de guidage appropriés peuvent être utilisés pour réduire ou empêcher tout plissement ou gauchissement de la bande substrat épaisse pendant qu'elle est déplacée à travers l'appareil. Le four 105 chauffé au gaz est pourvu d'un orifice d'entrée 104 formé à son extrémité supérieure et ce four est destiné à chauffer les surfaces de la bande substrat S jusqu'à une température comprise entre 121 et 1770 C. Ce four pourrait également servir de sécheur pour sécher un apprêt appliqué à la bande substrat si un apprêt se montrait nécessaire pour l'opération de stratification.
Un ventilateur d'aspiration 106 est en communication avec le four 105 et la bande substrat S sort par un orifice de sortie 107 disposé à l'extrémité inférieure du four qui est en position verticale.
L'appareil de stratification comprend une zone de pincement formée par un rouleau de pincement 108 recouvert de caoutchouc qui, normalement, est poussé en contact de roulement avec un cylindre de refroidissement fixe 109 par un ensemble de cylindre et de piston pneumatiques (non représenté). La pression exercée par le pincement est de préférence comprise entre 12,5 et 27 kg/cm linéaire de pincement.
Le cylindre de refroidissement 109 est fixe dans le sens qu'il ne peut pas être déplacé par l'ensemble piston et cylindre pneumatiques mais il est mis en rotation par un entraînement à vitesse variable et il est d'une construction à double enveloppe dont la surface extérieure est polie et chromée. I1 est préférable d'utiliser de l'eau pour le réfrigérant qu'on fait passer entre les enveloppes pendant l'opération d'échange de chaleur effectuée par ce cylindre de refroidissement.
Le rouleau de pincement 108 est normalement refroidi par un rouleau de soutien 113 plongé partiellement dans un réfrigérant tel que de l'eau mais qui ne remplit que partiellement un réceptacle 112. Un rouleau racleur 114 est également disposé de manière à porter contre le rouleau de pincement 108 et il sert à enlever l'eau en excès de ce dernier pendant le fonctionnement de Appareil. Le rouleau de pincement et le rouleau racleur sont tous les deux de préférence en une matière métallique appropriée, chacun d'eux présente une surface chromée polie et chacun d'eux est poussé de manière à porter contre le rouleau de pincement 108 par un ensemble pneumatique approprié de cylindre et de piston.
De ce fait, la zone de pincement formée par le rouleau de pincement 108 est associée respectivement au rouleau de refroidissement et de soutien 113 et au rouleau racleur 114, et elle peut être ouverte ou fermée par les ensembles pneumatiques de cylindre et piston qui lui sont associés.
Il convient d'indiquer que le rouleau de refroidissement et de soutien ainsi que le rouleau racleur sont tous les deux entraînés pour supprimer toute résistance qui pourrait être exercée sur le rouleau de pincement 108 pendant le fonctionnement de l'appareil.
Dans certains cas, il peut être avantageux de refroidir encore plus le rouleau de pincement 108 et, dans ce but, on utilise un mécanisme d'ajutage 110 pour étaler directement de l'eau sur le rouleau de pincement, suivant les besoins. Un mécanisme électrique approprié 115 de réglage de la température sert à régler la température de l'eau se trouvant dans le réceptacle 112 de manière à la maintenir dans une gamme de températures appropriée.
Le cylindre de refroidissement 109 qui, avec le rouleau de pincement 108, forment la zone de pincement agit de manière à réduire la température du stratifié à une température comprise entre 27 et 930C. C. Comme indiqué plus haut, la température de surface de la bande substrat S peut s'élever jusqu'à 1770 C lorsque le substrat quitte le four 105.
La bande substrat S est revêtue sur ses deux cotés d'une pellicule de polyéthylène. Les deux pellicules de polyéthylène Pe sont déroulées simultanément de deux rouleaux 116 et il 6a sous l'action de dispositifs tendeurs appropriés, dont l'un est constitué par un rouleau de tirage en caoutchouc de préférence entraîné et par un rouleau tendeur 118 chargé par un ressort. L'autre dispositif tendeur semblable comprend également un rouleau de tirage entraîné en caoutchouc 1 17a et un rouleau tendeur articulé 118a.
Ces dispositifs tendeurs remplissent des fonctions multiples parmi lesquelles l'application d'une pression de pincement suffisante pour permettre d'effectuer une jonction volante en utilisant une bande sensible à la pression classique ou d'autres adhésifs pendant que l'appareil est en fonctionnement. De plus, ces dispositifs tendeurs sont conçus de manière à appliquer une tension constante à la pellicule quel que soit le diamètre du rouleau qui est déroulé et dans ce but, on peut prévoir un mécanisme de frein approprié pour permettre d'introduire avec précision la pellicule dans l'appareil.
Les dispositifs tendeurs sont également agencés et construits de manière à non seulement tendre la pellicule pour en enlever les rides, mais encore pour coopérer avec d'autres éléments de l'appareil afin d'assurer un étirage suffisant de la pellicule pour que la matière imprimée qu'elle porte soit étirée jusqu'à une dimension voulue. Pour obtenir cette tension et cet étirement avantageux de la pellicule lorsqu'elle est introduite dans l'appareil, il est préférable d'entraîner les rouleaux 117 et 1 17a des dispositifs tendeurs respectifs à une vitesse moindre par rapport à celle du rouleau de pincement 108 et du cylindre de refroidissement 109.
De cette manière, les rouleaux des dispositifs tendeurs qui serrent fermement la pellicule sont entraînés à une vitesse légèrement inférieure à celle de la bande substrat pour faire étirer la pellicule, de sorte que si la bande porte une impression, celle-ci se trouve étirée jusqu'à la longueur voulue.
Dans le présent mode de réalisation, sur les rouleaux 116a et 119a l'impression est inversée, la matière imprimée étant imprimée court , de sorte qu'elle peut être étirée ou tendue jusqu'à la dimension voulue. On se rend compte qu'il est préférable que le véhicule ou le liant résineux de l'encre soit du type thermoplastique qui en venant en contact avec la bande substrat S chauffée y adhère. De telles encres peuvent comporter une encre de base à forte teneur en gomme-laque qui réagit de cette manière.
Des moyens servent également à permettre un réglage automatique des dispositifs tendeurs, de sorte que ceux-ci agissent pour tendre ou étirer de la manière voulue la pellicule imprimée. Du fait qu'une seule pellicule de polyéthylène, dans l'appareil représenté sur la fig. 3, porte une matière imprimée, ce dispositif de réglage n'agit par suite que sur un seul dispositif tendeur. Dans ce but, le dispositif de réglage comprend un mécanisme de réglage 127 du type à oeil électrique disposé de manière à explorer le stratifié L lorsque ce dernier quitte les rouleaux de refroidissement. Le stratifié peut être pourvu d'une tache pour l'oeil, laquelle actionne un moyen à éclats d'une façon bien connue, le signal à éclats étant reçu par l'oeil électrique.
Ce dernier est pourvu d'un moyen à cheveux croisés approprié, de sorte que la tache ou l'éclat peut être mise en rapport avec un cadre de référence. Les taches pour l'oeil peuvent être espacées en des points prédéterminés le long du stratifié et si la tache apparaît, par exemple au-dessus des cheveux croisés ou réticule, la pellicule est trop étirée, et si l'éclat ou la tache apparaît en dessous du réti- cule, le réglage ne correspond qu'à une tension insuffisante.
Du fait que la pellicule de polyéthylène est maintenue froide, non seulement ses dimensions restent stables jusqu'à ce qu'elle atteigne la zone de pincement mais encore la matière imprimée qu'elle porte n'a que peu ou pas du tout de tendance à se déformer.
On a trouvé qu'on peut réaliser des économies plus importantes en utilisant une pellicule de polyoléfine thermoplastique imprimée plutôt que d'appliquer la matière imprimée au substrat en le revêtant ensuite avec la pellicule ou en essayant d'effectuer l'impression après avoir formé le stratifié. Lorsqu'on utilise une telle pellicule de polyoléfine telle qu'une pellicule de polyéthylène ou autre pellicule analogue comme matière de revête
lent, au moins une de ses surfaces doit obligatoirement
tre traitée par une décharge électrique en vue d'amélio
r l'adhésion de cette impression.
Il peut être avanta
eux dans certains cas de soumettre la pellicule impri
ée ainsi traitée à un traitement de surface supplémen
ire dans le but de réaliser une meilleure liaison méca
ique et chimique résistante avec la bande substrat.
)ans ce but, on voit que l'une des pellicules de polyéthy
ne passe par-dessus un rouleau de traitement 120 tan
is que l'autre pellicule passe par-dessus un rouleau de
traitement sensiblement identique 120a. Ces rouleaux
ont chacun du type fou et sont recouverts avec une natière plastique diélectrique, de préférence une pellicule le polyester vendue sous le nom commercial de My
ar . Ces rouleaux de traitement fous 120 et 120a sont 3Salement mis à la masse et à chacun d'eux est associé m mécanisme d'électrode.
On voit que le mécanisme 1'électrode 121 du rouleau 120 est disposé très près de zelui-ci tandis que le mécanisme d'électrode 121a du rouleau de traitement 1 20a est juxtaposé à celui-ci. Ces nlécanismes; d'électrodes sont connectés par des conducteurs appropriés à une source de courant haute tension at haute fréquence et ils soumettent les surfaces opposées le la pellicule de polyéthylène à une décharge électrique i;uffisante pour accroître ses propriétés d'adhérence.
La pellicule de polyéthylène est par suite maintenue non chauffée jusqu'à ce qu'elle soit introduite dans la zone de pincement formée par le rouleau de pincement l08 el le rouleau de refroidissement 109. Le substrat chauffé fait chauffer les pellicules de polyéthylène jusqu'à leur température de fusion, de sorte que la pression de pincement suffit pour produire une liaison chimique ct mécanique extrêmement efficacc. Cependant, à mesure que le stratifié continue à passer par-dessus la sur face de refroidissement 109 sa température se réduit à une valeur comprise entre 27 et 930 C.
Ensuite, le stratifié passe par-dessus un rouleau ou cylindre de refroidissement 123 où la température est suffisamment réduite pour permettre au stratifié de passer autour d'une série de rouleaux fous 124. Il convient d'indiquer que le rouleau de refroidissement 123 est de préférence d'une construction à double enveloppe et qu'il comporte un moyen en spirale disposé entre ses enveloppes à travers lequel on fait passer un réfrigérant tel que de l'eau.
Finalement, le stratifié L est enroulé sur un dispositif d'enroulement 125 qui peut être entraîné indépendamment ou qui peut être relié à l'appareil pour son entraînement. Dans le cas où le dispositif d'enroulement est relié à l'appareil pour être entraîné des embrayages limiteurs de couples sont utilisés.
On voit que le procédé et l'appareil décrits permettent de produire des stratifiés scellés à la chaleur à partir d'une pellicule de polyoléfine et d'une bande substrat en matière différente de celle de la pellicule. II convient de noter que le procédé et l'appareil décrits sont capables de présenter une grande capacité, de fonctionner à grande vitesse et que, par suite, ils conviennent particulièrement pour les applications industrielles.
On notera de plus que le procédé et l'appareil permettent l'incorporation d'un grand nombre de contrôles de qualité, ce qui permet d'obtenir un produit stratifié de qualité élevée.
On voit de plus que le procédé et l'appareil décrits tout en étant extrêmement intéressants dans le domaine de l'emballage, peuvent également produire des produits stratifiés dont la gamme d'utilisations est extrêmement étendue.
Il convient également d'indiquer que le procédé et l'appareil décrits permettent également l'utilisation de matières de substrats sous la forme de feuilles au lieu d'être sous la forme de rouleaux. Dans ce but, il convient d'indiquer de plus que la matière de substrat utilisée dans le domaine de l'emballage, telle que le papier, le carton, etc., est souvent fabriquée sous forme de feuille, de dimension prédéterminée et de configuration plane. Ces feuilles de matière seraient également chauffées à une température correspondant à la température de scellement à chaud de la pellicule thermoplastique comme dans les modes de réalisation précédemment décrits et représentés de l'appareil.
Une pellicule thermoplastique elle-même se présenterait sous la forme d'un rouleau et serait traitée et scellée à la chaleur sur des feuilles de substrat chauffées en utilisant un milieu de repérage servant à repérer la stratification de la pellicule thermoplastique traitée avec chacune des feuilles.
Method for producing a laminate and apparatus for its processing
The present invention relates to a process for producing a laminate from a polyolefin film and a substrate web of a material other than the polyolefin film. It also relates to an apparatus for implementing this method.
Due to the large number of beneficial physical and chemical properties exhibited by plastics such as polyolefins, etc., these thermoplastics are of great value for forming coatings on other materials to provide a laminate which is impermeable to water. water, water vapor, heat and which, in general. is inert to most chemicals. Laminates of thermoplastics with other materials including paper, cardboard, foils and other plastics are of increasing interest in the packaging industry and in particular in the field of packaging. food.
For example, to package products such as milk, frozen foods and butter, cartons are coated or laminated with thermoplastic materials since these generally have no harmful chemical or physical effects on them. -vis of the food products with which they come in contact.
Welding or joining of thermoplastics with other similar or different materials is usually accomplished by gluing the materials together using an intermediate bonding agent and in some cases then applying pressure and in some cases heat. sufficient to activate the adhesive but not high enough to melt and seal the materials which are joined. However, some types of thermoplastic materials do not adhere to adhesives or other substrate materials, preventing such materials from sticking together.
Apparatus and methods have been developed for coating or laminating thermoplastics with other materials even when thermoplastics do not usually adhere to substrate materials. One such process is an extrusion coating process in which a thermoplastic material such as a polyolefin is extruded at an extremely high temperature onto a substrate such as paper, etc. During this extrusion operation, the extremely hot molten polyolefin is exposed to air which, due to the extremely high temperature, appears to oxidize the surface of the molten polyolefin allowing it to stick to the substrate material.
Although providing an effective laminate product, this extrusion process has certain drawbacks, particularly from an economic point of view. For example, large extrusion coaters require an extended period of time to heat up to working temperatures as well as extended periods of corresponding time to allow them to cool. As a result, during the heating and cooling stages of these extrusion coaters, a significant amount of polyolefin is actually lost, as well as labor and machine working time.
Another disadvantageous property of the extrusion coating process is that the side edges of the laminate or coated product have to be deburred because a bead forms along these edges during the coating operation. During deburring, a small amount of the substrate must also be removed with the bead and this amount cannot be recovered either as a substrate or as a polyolefin because these materials are stuck to each other. In addition, another cause of waste from the extrusion coating process is the waste that occurs during sizing carried out during the initial working phases of this process. It has been found that even after the extruders have been heated to working temperatures, it takes considerable time before the operator can perform the calibration.
It will be appreciated that any variation in widths, any variation in the speed of the feed screw, any modification of the type of polyolefin requires the operator to carry out a calibration before the apparatus is capable of being put into production.
A further disadvantage of the extrusion coating process is presented by the waste which occurs during the operation of the extruder and which is generally described as being waste during operation. Thus, any packaging defect or any situation which makes it necessary to slow down the coating apparatus results in an unsaleable material because that which is produced during the slowing down period, during the following acceleration period with respect to at real working speeds, give a product that cannot be used.
Although some plastics, as noted above, can be bonded to others using an intermediate bonding agent, other plastics, including some of the thermoplastics, are relatively non-adherent to adhesives as well as to adhesives. 'other materials so that lamination cannot be achieved simply by a gluing operation. However, it should be noted that methods and means have been developed to treat non-adherent surfaces and make them more adherent. Such methods consist in reactivating a polyethylene either by surface oxidation or electric discharge. Subsequently, inks or adhesives can be used which are compatible with the treated polyethylene surfaces.
However, the use of adhesives during laminating operations also necessitates subjecting these adhesive materials to temperatures high enough to release volatile substances, which often results in the formation of bubbles or blisters which render the laminates of. the final production inconsistent and disadvantageous. Therefore, it is not usually possible to act extensively on the quality to improve it during lamination operations for which an intermediate binding agent is used. In addition, the use of chemical adhesives involves not only expensive equipment but also time consuming procedures.
The process according to the invention, wherein a surface of the polyolefin film which normally is nonpolar has been treated with an electric discharge to make it polar, so that this treated surface is capable of being chemically and mechanically bonded with a different material by heat sealing, is characterized in that it consists in heating at least one surface of the substrate strip to a temperature approaching at least the heat sealing temperature of the treated surface of the polyolefin film , and bringing this treated surface of the polyolefin film into firm contact with the heated surface of the substrate web to effect heat transmission therefrom to an extent sufficient to adhere the opposing surfaces of the film and the web.
It is also contemplated in some instances, particularly when using lightweight substrates, to heat the sealed laminate product at increasing temperature while moving it over a uniform, preferably cylindrical, surface to feed the material. thermoplastic in a semi-fluid state so that its molecular structure undergoes reorientation, which suppresses the tendency to curl of the resulting laminate. The apparatus used in the process according to the present invention is relatively inexpensive compared to the apparatus used in current extrusion coating plants which serve to industrially produce products having a thermoplastic coating.
In addition, this method and this apparatus have a large number of specific advantages over the extrusion coating method as well as over bonding methods using glue or other adhesives. For this purpose, it should be pointed out that the dry lamination process reduces scraps or work waste and also allows significant savings in labor, materials and time.
The appended drawing represents, by way of example, one embodiment of the apparatus for implementing the method according to the invention and two variants.
Fig. 1 is a schematic view of this embodiment.
Fig. 2 is a schematic view of the first variant, and
fig. 3 is a schematic view of the second variant.
In general, it is contemplated to produce heat-sealed laminates from a polyolefin sheet or film and a substrate web of a material different from that of the polyolefin film. The film is not supported in the sense that it is not affixed to any other tape and does not act as a coating for any other tape, but this film must remain unheated in order for its dimensions to remain stable. Therefore, one of the important advantages of the process which will be described resides in the fact that the substrate tape is heated and provides the heat necessary to allow the sealing between the thermoplastic film and the substrate tape. In practice, the film is kept unheated until it comes into contact with the heated substrate, in the nip and heat seal area.
Since this process does not involve or require the use of adhesives such as glue, etc., it can be described as a dry lamination process. The new heat-sealed laminate products have extremely wide applications and uses in addition to their utility in the field of packaging, including industrial uses both as thermal and electrical insulating materials, as thermal insulation materials. household wrap, as part of agricultural blanket. as an expendable roofing element, etc.
In treating the surface of polyolefin, for example polyethylene, the surface is exposed to an electric discharge generally produced by a high voltage electric current. In some cases, the electron bombardment of the polyethylene surface involves a glow or corona discharge very close to the treated surface. Although the mechanisms and phenomena involved in the electric discharge treatment are not currently determined, it is believed that the electric treatment increases the number of unsaturated bonds in the molecules of the polyethylene surface, so that the treated surface becomes more adherent.
The terms treatment or treated as used herein should be defined as the result of the use of electric discharge to treat a surface of polyethylene bodies, such as films or sheets of polyethylene.
In one implementation of the method, the thermoplastic film and the substrate web can be moved along a determined path, the film and the substrate web normally being unwound from relatively large rolls constituting the sources of these materials. If the thermoplastic material consists of a polyethylene film, it is first treated by the process of electric discharge. Of course, the film rolls used can be processed when manufactured.
At least one surface of the substrate strip which is to be heat sealed is heated to a temperature which is preferably. greatly exceeds the melting temperature of the film surface of the thermoplastic polyolefin. The substrate web and the thermoplastic film are brought into intimate contact with each other by passing them between nip rollers of which the nip pressure is sufficient to produce a heat seal of 1:
: 3 film and substrate, The unheated surface of the thermoplastic film when brought into contact with the heated surface of the substrate strip is heated to its melting temperature, so that this treated surface assumes a semi-state. fltiide. The nip pressure is sufficient to press the film and the web with each other in such contact as in the case where the substrate web is of a fibrous and porous material, such as kraft paper. of the stuff. etc ..
the thermoplastic substance actually flows around the surface fibers of the substrate web by penetrating its interstices and mechanically anchoring itself. In addition, the treated surface of the polyolefin film also exhibits a chemical affinity for the different substance which constitutes the material of the substrate. so that a chemical as well as a mechanical bond is made. This chemical adhesion is particularly necessary when the thermoplastic film is to be dry laminated to a dense substance. non-porous, non-fibrous such as glossy paper, cellophane, foil or other similar substrate materials. The adhesion or mechanical bonding alone would be insufficient in some cases to laminate the materials together.
In the case of rough, porous, fibrous substrates, it is only to further improve the adhesion between the film and the substrate tape that the substrate is heated to bring it to a temperature sufficient to heat the thermoplastic film over the entire surface. its depth, to a temperature that corresponds to the melting temperature of the film, and then subjecting the laminate to further pinching or pinching to entrain and compress the molten thermoplastic film into the interstices and around the fibers of the substrate to increase additionally the mechanical bonding and also to considerably increase the chemical bonding surface.
The arrangement constituted by the multiple nips as well as the subsequent heating of the polyolefin film, after having been brought into contact with the substrate strip, not only considerably increases the chemical and mechanical bonding of the laminates but also it is advantageous in order to suppress any tendency of the laminates. roll-up laminate when using lightweight substrates. During the manufacture of a thermoplastic film, the latter is melt extruded from a die and while it is still in a semi-viscous state it is stretched to bring it to size and size. desired dimensions.
This stretching process causes the random coil spring-like molecular chains to stretch so that when the film cools and solidifies, it has frozen tensions and stretches internally. Then, when the film is reheated or returned to a similar viscous fluid state, a force is exerted by the molecular chains due to their biaxial orientation, so that the fluid film tends to contract.
In this dry laminating process, the thermoplastic film is already attached to the substrate web when it is heated and brought to a semi-viscous fluid state so that if a light substrate is used, the shrinkage of the thermoplastic film tends to be roll up the laminate.
However, by increasing the temperature of the laminate while maintaining it against a smooth, preferably cylindrical surface. the film does not undergo any contraction and if it is allowed to remain or remain in the semi-fluid state for a predetermined period of time, molecular reorientation occurs. Then, when the thermoplastic film of the laminate is cooled and returned to a solid state, the laminate shows no tendency to curl.
This can be achieved by holding the laminate against the surface of a heated drum. after heat sealing in the first nip area and as the laminate moves around this drum to go to subsequent nip areas. When sufficient tension is applied to the laminate, the laminate lies flat against the surface of the heated drum and this heating and multiple pinching not only produces the desired heat seal between film and substrate but also an annealing effect. of the thermoplastic film and molecular reorientation occurs so that no curling occurs when the laminate is subsequently cooled.
It should be noted that the operations described above relate to the heat seal lamination of a single substrate and a single polyethylene film. This process also makes it possible to envisage continuous operation during which the two surfaces of a thermoplastic film are treated so as to be able to form multilayer laminates. Thus, an example of such a multi-layered laminate may comprise a paper substrate, heat sealed to one surface of a thermoplastic film while the other surface thereof is heat sealed to. a substrate of foil or the like.
Referring now to the apparatus shown in FIG. 1, it is seen that an elongated substrate strip S, such as multi-walled kraft paper or the like, passes over idle rolls 10 which are arranged in spaced relative positions. It should be noted that although not shown in the drawing, the strip S is unwound from a roll mounted on an unwinding support of conventional construction, provided with a braking mechanism and means for effecting joints. flying, in a well-known manner. At least one of the idle rollers 10 is mounted on a vertically constructed laminating support structure 11 which is provided with a series of horizontally arranged arms.
The shape and the model of the support structure 11 are intended mainly to conveniently mount the various elements of the apparatus in a compact manner so as to be able to accommodate it in the most conventional buildings. For this purpose, idle rollers 10 are preferably mounted at a certain spacing from the floor of such a building to allow an operator to easily reach them while still allowing him to walk under these rollers. It should be noted that the idler roller 10 mounted on the support structure is located very close to a relatively large preheating rotating cylinder 12 which is formed of two concentric and spaced cylindrical steel casings, the outer casing of which is preferably. chrome plated. The preheating cylinder may be of the type constructed by
Frank W.
Eager Company of Summerville, New Jersey, and is provided with a spiral baffle mechanism (not shown) disposed between the casings and through which a heated liquid such as glycol or the like is circulated which heats the outer casing to bring it to a predetermined temperature. Therefore, the preheating cylinder 12 serves as a heat exchanger and effectively preheats the substrate web S as the latter is moved along its surface. An additional preheating cylinder 12a (shown in dotted lines) can also be used, which is preferably of the same construction and dimensions as the preheating cylinder 12.
This additional or auxiliary preheating cylinder 12a does not serve to increase the heating capacity to preheat the substrate material but can be used when the apparatus is operated at high speed.
The laminating apparatus also includes a relatively large heated pinch roll 13, rotatably mounted, similar in construction to the double jacketed preheating rolls 12 and 12a but having dimensions much larger than those. of these preheating cylinders. As a result, this heated pinch cylinder also has a two-shell construction between which is disposed a spiral baffle for controlling the flow of a heated liquid such as glycol or other suitable heating liquids between the envelopes. so as to heat the outer casing and bring it to a predetermined temperature.
In this way. the heated pinch cylinder 13 cooperates with the auxiliary preheating cylinder 12a to heat the substrate web S to a temperature preferably slightly above the melting temperature of the polyolefin film which is to be heat sealed to the substrate web . In practice, it has been found that the surface of the substrate tape can be heated to an approximate temperature of between 1210 and 2040 ° C to effect heat seal with most polyolefin films.
The thermoplastic material shown in FIG. 1 consists of a film of polyethylene Pe which is unwound from a roll 14 mounted so as to rotate on a shaft of a series of shafts 15 carried by a unwinding support 16 of the reel type. The additional shafts 15 of the reel-type unwinding support 16 are intended to receive additional rolls of polyethylene and arrangements are made to allow flying junctions to be made during operation of the apparatus. It is seen that the polyethylene film passes over an idler roll 17 carried by the support structure 11, the idle roller preferably being constructed of sandblasted aluminum to present a tensile surface.
The polyethylene film then passes over the driven process rollers 18 which are rotated at a predetermined speed so as to apply constant tension to the polyethylene and which also serve to pull the raw film from the roll 14. The process rollers 18 are preferably covered with a dielectric plastic material sold under the trade name of Hypolon and which is used in connection with the electric discharge process to treat the surfaces of polyolefin films.
Note that a first electrode mechanism 19 is disposed slightly below and very close to the first process roller 18 and another electrode mechanism 19 is disposed above and very close to the second process roller 18. These electrode mechanisms 19 are supplied with high frequency, high voltage current through suitable electrical conductors (not shown) and serve to subject the opposing surfaces of the polyolefin film to electron bombardment to enhance their adhesion properties. As indicated above, this electric discharge treatment is well known in the art and it is considered unnecessary to give a detailed description thereof.
The treated polyethylene film is then passed around two spreader rollers 20 also preferably constructed of aluminum and having a fishbone-shaped outer surface, these spreader rollers serving to keep the film wrinkle-free as the film is produced. it is introduced into the pinch and heat seal area.
The Pe-treated polyolefin film is then introduced into the nip and heat seal area formed by the heated nip roll 13 and a nip roll 21 covered with silicone rubber which is also journaled on the support structure 11. The silicone rubber of the nip roll 21 exhibits a non-sticking or separating effect from the unheated polyethylene film when the latter is introduced into the nip area, but this roll 21 tends to be heated. by heat from the heated pinch cylinder 13.
As a result, a cooling and supporting cylinder is used, of jacketed construction similar to those of the preheating cylinders 12 and the heated pinch cylinder 13, and which is provided with a spiral baffle disposed between its casings to allow for adjust the flow of cold water which is introduced into the volume separating its envelopes.
It should be noted that the nip roll 21 must be kept unheated because if the polyethylene film becomes hot on contact with such a heated roll, it will melt, stretch and in some cases s'. would tear off. As a result, the nip roll 21 is cooled due to its association with the cooling and supporting cylinder 22, and the polyethylene film is kept unheated until it comes into contact with the heated substrate web when 'it is introduced into the pinch area.
The pinch pressure between pinch cylinder 13 and pinch roller 21 can be approximately 17.5 linear kgrcm of pinch and this pinch pressure should be applied using pneumatic cylinder and piston assemblies (not shown) the fact that the air forms an elastic cushion sensitive to the pressures produced by irregularities in the thickness of the material which result in wrinkles, folds, etc.
Therefore, because the nip area is subjected to pressures which are not uniform, not only does the nip pressure generally have to be applied to the heated nip cylinder 13 by means of pneumatic piston and cylinder assemblies. , but still pressure must obviously also be applied to the cooling and support cylinder by means of pneumatic cylinder and piston assemblies.
With this particular arrangement, the pinch cylinder 21 is in fact allowed to float in its relative position, between the cooling and support cylinder 22 and the heated pinch cylinder 13.
The laminator is also provided with a second nip area which. in the illustrated embodiment is diametrically opposed to the first nip zone, and this second nip zone is formed between the heating cylinder 1 3 and a second nip roller 21a. The second nip roller 21a has an identical construction to that of the nip roller 21, it is constructed of silicone rubber and is cooled by a cooling and support cylinder 2a of identical construction to that of the cooling cylinder 22.
This second nip zone is essential for making the multi-wall liner paper used in the packaging industry and for coating all rough surface substrate webs. high speed. for the following reasons. The second nip area formed by nip roll 21a and heated cylinder 13 gives the surface of the thermoplastic film a matte finish so that the laminate has sufficient slip to pass over the first during multiple wall operations as well as to avoid blocking the interior of the bags during their formation.
This second nip zone also serves to entrain the hot, soft polyethylene into the interstices of the porous, rough surface of the substrate strips, which improves adhesion over that obtained with a single nip zone.
Laminate L formed by laminating and heat sealing the substrate web and thermoplastic film is passed over a series of water cooled cooling rollers 23 as this laminate L leaves the last nip area.
From this point of view, it should be noted that the temperature of the laminate L can reach about 1490 ° C when it leaves the last nip zone and therefore must be cooled before the film side of the laminate can be passed over. some crazy rolls and before you can rewind it. The 23 water-cooled rollers are also of a double-cased model.
loppe having a spiral baffle between the casings to regulate and direct the flow of cold water
when it passes through the volume separating the envelopes.
Laminate L is then passed over an idler roll 24 to send it to a rewind mechanism where
it is wound in the form of a roll.
In the event that it is desired to form a multi-layered laminate, a roll 25 of any other substrate strip, such as foil F, is mounted on a shaft 26 mounted on the support structure 11 and passed through. above the spreading rollers 27, the latter having fishbone-shaped surfaces in order to remove wrinkles from the foil. This foil is then introduced into a nip area formed by a nip roller 21b carrying a silicone coating, identical in construction to the silicone coated nip rollers 21 and 21a and which is provided with a cooling and support cylinder. 22b.
The construction of this cooling cylinder 22b is also identical to those of the cooling and support cylinders 22 and 22a and it should be noted that the foil F is introduced into the nip area without being heated. However, because the thermoplastic film is in a semi-fluid state as it passes through the first nip zone, the foil does not need to be heated to produce a heat seal with the thermoplastic film. The nip area formed by the nip roller 21a and the heated nip cylinder 13 further serves to increase the mechanical and chemical bond between the thermoplastic film and the foil when the latter constitutes one of a number of layers. layers of the laminate.
In the event that it is desired to produce a heat sealed laminate having at least two layers formed of polyethylene films. a second roll 14a of such a polyethylene film is mounted so as to rotate it on a shaft 1Sa carried by a reel-type unwinding support 16a, similar to the reel-type unwinding support 16. This unwinding support of the drum type Reel type 16a can also be provided with a series of empty spools intended to receive additional rolls and can include an arrangement making it possible to perform flying joints during operation of the apparatus.
The polyethylene film is passed around two process rollers 18a similar in construction to process roll 18 and each covered with a dielectric plastic material sold under the trade name of Hypolon. These process rollers 18a are also provided with drive means to rotate them at a predetermined speed, so that the raw film is unwound from the roll 14a and is also tensioned at a predetermined tension. With each of the treatment rollers 18a is associated an electrode mechanism 19a connected by means of suitable electrical conductors to a high voltage and high frequency current source.
Therefore, the polyethylene film Pe which is unwound from the roll 14a is treated on both surfaces by the electric discharge process in order to make its surfaces more adherent.
The treated polyethylene film is then passed over aluminum spreading rolls 20a having fishbones in order to remove any wrinkles on the film before it is introduced into the nip area formed by the nip roll. 21a and the heated nip roll 13. This treated polyethylene film is heat sealed to one of the surfaces of the foil F when using a foil layer, the separation surface of the foil being heated due to its strength. contact and pinching with the first polyethylene film and due to the heated pinch cylinder 13.
It can therefore be seen that the embodiment shown in FIG. 1 is capable of producing a heat sealed laminate from a single film of thermoplastic material and a strip of substrate or alternatively it can produce a multi-layered laminate.
Referring now to fig. 2 is seen to show a schematic apparatus slightly modified to produce a multi-layered laminate of a type similar to the multi-layered products obtained by using the extrusion coating apparatus. Thus the apparatus of FIG. 2 comprises a roll 40 of a substrate strip S, such as parchment paper or the like, and which is widely used in the field of packaging. This substrate strip S passes through a tensioning device comprising a fixed roller 41 preferably made of a metallic material such as steel, aluminum, etc., and an articulated soft rubber roller 42, loaded by a spring. . This articulated roller 42 loaded by a spring serves not only to tension the strip S but to pull it from the roller 40.
The spring loaded articulated roller 42 can be oscillated to move it apart or to cease its contact pressure with the stationary roller 41, by means of a release mechanism of the cam or lever type, the rollers 40 and 41 applying sufficient pinch pressure to allow a fly-joint to be made while the apparatus is in operation. For this purpose, a standby roll 43 of substrate web S is mounted very close to the roll 40 and also very close to the fixed roll and the articulated roll 41 and 42, respectively.
After passing the substrate strip S through the tensioning device, it is then passed around a series of idle aluminum rollers 44, one of which is arranged very close to a relatively large heating drum 46 which is equipped with a suitable circular pump for supplying a heat transfer fluid such as glycol or other fluid so as to bring the surface of the heating drum to a temperature which may be between 54 and 149nC. This heating drum 45 is provided with a suitable shaft 46 journalled so as to rotate and to be driven by a suitable drive means so as to rotate the drum at a predetermined speed in the clockwise direction. observing fig. 2.
As a result, the parchment paper substrate strip S is heated as it moves along the surface of the drum to the first nip area.
A roll 47 of thermoplastic material, which in this embodiment consists of a roll of 12.5 micron thick polyethylene Pe film, is mounted at a suitable location and the polyethylene Pe film passes through a tensioning device. consisting of a fixed metal position roller 48 and an articulated soft rubber roller 49 loaded by a spring the constructions of which are substantially identical to those of the fixed and articulated rollers 41 and 42. A roll 50, in standby, of a film of Polyethylene Pe with a thickness of 12.5 microns is also mounted very close to the fixed and articulated rollers 48 and 49 so as to be able to perform a flying junction when the roll 47 is exhausted.
The polyethylene film is then passed around two processing rollers 51 which are suitably covered with a dielectric plastic material sold under the trade name of Mylar, the idle rollers 51 being idle rollers and each of them being idle rollers. 'them having an associated electrode mechanism 52 connected by means of suitable conductors to a source of high voltage and high frequency current, so as to process the opposite sides of the film of polyethylene Pe.
This treated polyethylene film then passes around a herringbone spreading roller 53 which serves to flatten and remove wrinkles on the polyethylene film as it is introduced into the nip area. The first nip zone is formed by the heating drum 45 and by a nip drum 54 preferably made of silicone rubber and which is in contact with a cooling and support cylinder 55 of jacketed construction comprising a baffle in spiral between its envelopes through which a coolant such as water is directed in the same manner as in the cooling cylinders of the embodiment of fig. 1.
It should also be noted that the pinch roller 54 and the cooling and support cylinder 55 are each provided with a piston and pneumatic cylinder assembly so as to apply a pinch pressure of between 9 and 14 kglom in width. against the heating drum 45.
As a result, it is seen that the film of polyethylene Pe is kept unheated until it is brought into intimate contact with the substrate strip S of parchment paper at the location of the nip area. This baking paper substrate strip S has been preheated to a temperature which is preferably slightly higher than the melting point of the polyethylene film and the heat of which is transmitted to the latter in the nip zone to effect with it. This is a heat sealed bond both mechanically and chemically. Continued movement of the laminate around the heating drum surface 45 brings the polyethylene film to a semi-fluid state for a period of time sufficient to produce the reorientation of the film and thereby suppress any tendency of the laminate to fall. curl up.
A 9 micron thick aluminum foil F from a roll 56 passes around a idle roll 57 and then around two fishbone type spreading rolls spaced apart from each other. before inserting it into the pinch area to laminate it with the polyethylene film. A suitable waiting roll 59 of aluminum foil F is also provided to allow the laminator to operate continuously without interruption when the roll 56 is depleted. It can be seen that the foil F remains unheated until it is introduced into the nip zone formed by the heating drum 45 and the nip roller 60 of silicone rubber.
The nip roll 60 is cooled by a suitable cooling and support cylinder 61 of identical construction to the cooling and support cylinder 55 associated with the nip roll 54. Because the polyethylene film Pe which has been laminated previously with the substrate strip S of parchment paper in a semi-fluid state, the foil F is heat sealed with this polyethylene film when brought into intimate contact with it in the nip area. Next, the laminate which is formed by the substrate strip S of parchment paper, the first half of the polyethylene film Pe and the foil F is moved along the surface of the heating drum 45 in a clockwise direction. a watch and therefore this laminate continues to be heated.
The laminate product obtained in the apparatus shown in FIG. 2 can also be provided with a polyethylene coating with a thickness of 25 microns on its foil side. For this purpose, it is seen that the roll 62 of 25 micron thick polyethylene film Pe is used and the film is passed through a tensioning device comprising a fixed metal position roller 63 and a soft rubber roller. articulated 64 loaded by a spring which are similar to those of other tensioning devices. There is also provided a standby roll 65 of polyethylene film to allow the laminator to continue operating when roll 62 is depleted.
The polyethylene film is passed around a Mylar coated treatment roll 66 in the vicinity of which is disposed an electrode mechanism 67 for treating one of the surfaces of the polyethylene film with a high voltage and high electric current. frequency. This electrode mechanism 67 is connected by a suitable conductor to a source of high voltage and high frequency electric current and the surface of the treated polyethylene film is made more adherent for the heat sealing operation.
The polyethylene film is then passed around two herringbone type spreading rollers 68 which not only tension the polyethylene film but also remove wrinkles from it.
Then, the polyethylene film is introduced into the nip area formed by the heating drum 45 and by a nip roll 69 of silicone rubber. This silicone rubber nip roll 69 is in rolling contact with a cooling and support roll 70 similar in construction to the cooling and support rolls 55 and 61 and serves to cool the nip roll 69. It is used to cool the nip roll 69. thus sees that the treated surface of the polyethylene film is brought into intimate contact with the heated foil in the nip area to effect a mechanical and chemical bond by heat sealing therewith. Note also that the polyethylene film is kept unheated until it comes into contact with the foil F.
The nip roller 69 and the cooling and support cylinder 70 are each provided with suitable pneumatic cylinder and piston assemblies which normally push these rollers towards the heating drum 45 so that the nip pressure produced is also between 9 and 14 kg / cm of belt width, against the heating drum.
It is seen that the laminate L is moved clockwise over the heated surface of the heating drum 45 for a predetermined period of time and then passes around two cooling rolls, cooled by water. , similar in construction to the cooling rollers 23 of the embodiment of FIG. 1. The laminate L is cooled by the cooling rollers and then passes around an idle roll to be finally wound on a rewind spool to form a roll 73 which is suitably carried by a carrier 74 of the type. reel.
To facilitate the operation of the apparatus shown in fig. 2 and because the rolls of thermoplastic film and substrate tape are arranged at spaced points from the floor of the building in which the apparatus is incorporated, platforms 75 are provided for the operator at suitable positions.
Referring now to fig. 3 will be seen to show another variant of apparatus for practicing the dry lamination process, and that this apparatus is particularly intended for use in forming coatings on opposite sides of a relatively thick substrate web. such as the raw carton used to make milk cartons etc. The substrate web S consists of an uncoated raw cardboard which is unwound from a relatively large roll 100 of such material and which is mounted on an unwinding device of conventional construction.
This substrate strip is passed through a tensioning device consisting of two rubber nip rollers, 101 and 102, which are provided with drive means rotating them and which can also be provided with cooled and powerful braking means. It should be noted that a relatively constant and high enough tension must be maintained between the nip area formed by these rollers to prevent the substrate strip S from wrinkling as it passes through the gas heated oven.
The substrate strip S is then passed around a series of idle rollers and directed to the oven
105. gas heated. Although not shown, suitable guide means can be used to reduce or prevent any wrinkling or warping of the thick substrate web as it is moved through the apparatus. The gas-heated oven 105 is provided with an inlet orifice 104 formed at its upper end and this oven is intended to heat the surfaces of the substrate strip S to a temperature between 121 and 1770 C. This oven could also serve as a dryer to dry a primer applied to the substrate web if a primer is needed for the laminating operation.
A suction fan 106 is in communication with the oven 105 and the substrate strip S exits through an outlet orifice 107 disposed at the lower end of the oven which is in a vertical position.
The laminating apparatus includes a nip area formed by a rubber-covered nip roll 108 which is normally urged into rolling contact with a stationary cooling cylinder 109 by a pneumatic cylinder and piston assembly (not shown). . The pressure exerted by the pinching is preferably between 12.5 and 27 kg / linear cm of pinching.
The cooling cylinder 109 is fixed in the sense that it cannot be moved by the pneumatic piston and cylinder assembly but is rotated by a variable speed drive and is of a jacketed construction whose outer surface is polished and chrome plated. It is preferable to use water for the refrigerant which is passed between the casings during the heat exchange operation carried out by this cooling cylinder.
The nip roll 108 is normally cooled by a support roll 113 partially immersed in a coolant such as water but which only partially fills a receptacle 112. A scraper roll 114 is also disposed so as to bear against the pressure roll. pinch 108 and serves to remove excess water from the latter during operation of the apparatus. The nip roller and the scraper roller are both preferably of a suitable metallic material, each of them has a polished chrome surface and each of them is pushed so as to bear against the nip roller 108 by a pneumatic assembly. appropriate cylinder and piston.
Therefore, the nip area formed by the nip roller 108 is associated with the cooling and support roller 113 and the scraper roller 114, respectively, and it can be opened or closed by the pneumatic cylinder and piston assemblies which are attached to it. associates.
It should be noted that the cooling and support roller as well as the scraper roller are both driven to remove any resistance which might be exerted on the pinch roller 108 during operation of the apparatus.
In some cases, it may be advantageous to cool the nip roll 108 even further, and for this purpose a nozzle mechanism 110 is used to spread water directly onto the nip roll as needed. A suitable electrical temperature control mechanism 115 serves to control the temperature of the water in receptacle 112 so as to maintain it within an appropriate temperature range.
The cooling roll 109 which together with the nip roll 108 forms the nip zone acts to reduce the temperature of the laminate to a temperature between 27 and 930C. C. As indicated above, the surface temperature of the substrate strip S can rise up to 1770 C when the substrate leaves the oven 105.
The substrate strip S is coated on both sides with a polyethylene film. The two films of polyethylene Pe are unwound simultaneously from two rollers 116 and 11 6a under the action of suitable tensioning devices, one of which is constituted by a preferably driven rubber pulling roller and by a tensioning roller 118 loaded by a. spring. The other similar tensioning device also includes a rubber driven pulling roller 117a and an articulated tensioning roller 118a.
These tensioning devices serve multiple functions including the application of sufficient pinch pressure to allow a fly-joint to be made using conventional pressure sensitive tape or other adhesives while the apparatus is in operation. In addition, these tensioning devices are designed so as to apply a constant tension to the film regardless of the diameter of the roll which is unwound and for this purpose, an appropriate brake mechanism can be provided to allow the film to be introduced with precision. in the device.
The tensioners are also arranged and constructed so as not only to tension the film to remove wrinkles, but also to cooperate with other elements of the apparatus to ensure sufficient stretching of the film so that the printed material that it wears is stretched to a desired dimension. In order to obtain this advantageous tension and stretching of the film when it is introduced into the apparatus, it is preferable to drive the rollers 117 and 17a of the respective tensioning devices at a slower speed than that of the nip roll 108. and cooling cylinder 109.
In this way, the rollers of the tensioning devices which firmly clamp the film are driven at a speed slightly lower than that of the substrate web to stretch the film, so that if the web carries an impression, it is stretched to 'to the desired length.
In the present embodiment, on the rollers 116a and 119a the printing is reversed with the printed material being printed short, so that it can be stretched or stretched to the desired size. It will be appreciated that it is preferable that the carrier or the resinous binder of the ink is of the thermoplastic type which by contacting the heated substrate web S adheres thereto. Such inks may include a base ink with a high shellac content which reacts in this manner.
Means also serve to allow automatic adjustment of the tensioning devices so that these act to tension or stretch the printed film as desired. Because a single film of polyethylene, in the apparatus shown in FIG. 3, carries a printed matter, this adjustment device therefore only acts on a single tensioning device. For this purpose, the adjustment device comprises an adjustment mechanism 127 of the electric eye type arranged so as to explore the laminate L as the latter leaves the cooling rollers. The laminate may be provided with an eye spot which operates a flashing means in a well known manner, the flashing signal being received by the electric eye.
The latter is provided with a suitable cross hair medium, so that the stain or shine can be related to a frame of reference. The eye spots can be spaced at predetermined points along the laminate and if the stain appears, for example above the crossed or cross hair, the film is stretched too much, and if the sheen or stain appears in below the reticle, the setting only corresponds to insufficient tension.
Because the polyethylene film is kept cool, not only does its dimensions remain stable until it reaches the nip but also the printed material it carries has little or no tendency to sag. deform.
It has been found that greater savings can be made by using a printed thermoplastic polyolefin film rather than applying the printed material to the substrate by then coating it with the film or attempting to print after forming the substrate. laminate. When such a polyolefin film such as a polyethylene film or the like is used as a coating material
slow, at least one of its surfaces must be
be treated by an electric discharge with a view to improving
r adherence to this impression.
It may be before
them in some cases to submit the print film
thus treated to an additional surface treatment
ire in order to achieve a better mechanical link
ical and chemical resistant with the substrate tape.
) For this purpose, we see that one of the polyethylene films
does not go over a 120 tan treatment roller
is that the other film passes over a roll of
substantially identical treatment 120a. These rollers
are each of the crazy type and are covered with a dielectric plastic material, preferably a polyester film sold under the trade name of My
ar. These idle process rollers 120 and 120a are grounded and each has an associated electrode mechanism.
It is seen that the electrode mechanism 121 of the roller 120 is disposed very close thereto while the electrode mechanism 121a of the process roller 120a is juxtaposed thereto. These mechanisms; The electrodes are connected by suitable conductors to a source of high voltage at high frequency current and they subject the opposing surfaces of the polyethylene film to an electric discharge sufficient to increase its adhesion properties.
The polyethylene film is therefore kept unheated until it is introduced into the nip area formed by the nip roll 108 and the cooling roll 109. The heated substrate heats the polyethylene films to their melting temperature, so that the pinch pressure is sufficient to produce an extremely efficient chemical and mechanical bond. However, as the laminate continues to pass over the cooling face 109 its temperature decreases to a value between 27 and 930 C.
Then the laminate is passed over a chill roll or cylinder 123 where the temperature is sufficiently reduced to allow the laminate to pass around a series of idle rollers 124. It should be noted that the chill roll 123 is preferably of a jacketed construction and having a spiral means disposed between its envelopes through which a coolant such as water is passed.
Finally, the laminate L is wound onto a winding device 125 which can be driven independently or which can be connected to the apparatus for its drive. In the case where the winding device is connected to the apparatus to be driven, torque limiting clutches are used.
It is seen that the disclosed method and apparatus enables the production of heat sealed laminates from a polyolefin film and a substrate web of a material different from that of the film. It should be noted that the disclosed method and apparatus are capable of having a large capacity, of operating at high speed and, therefore, they are particularly suitable for industrial applications.
It will further be appreciated that the method and apparatus allow for the incorporation of a large number of quality controls, which results in a high quality laminate product.
It is further seen that the method and apparatus described, while being extremely interesting in the field of packaging, can also produce laminate products whose range of uses is extremely wide.
It should also be noted that the disclosed method and apparatus also allows the use of substrate materials in the form of sheets instead of being in the form of rolls. For this purpose, it should be further stated that the substrate material used in the field of packaging, such as paper, cardboard, etc., is often produced in sheet form, of predetermined size and configuration. plane. These sheets of material would also be heated to a temperature corresponding to the heat sealing temperature of the thermoplastic film as in the previously described and illustrated embodiments of the apparatus.
A thermoplastic film itself would be in the form of a roll and would be heat treated and heat sealed to heated substrate sheets using a registration medium to identify the lamination of the treated thermoplastic film with each of the sheets.