FR2491826A1 - Procede et installation pour l'obtention d'un materiau stratifie (ethylene, acetate de vinyle, polystyrene expanse) par extrusion et calandrage et materiau obtenu - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LA FABRICATION D'UN MATERIAU COMPORTANT AU MOINS UNE COUCHE DE POLYSTYRENE EXPANSE ET AU MOINS UNE COUCHE DE POLYETHYLENE, LES COUCHES CONSTITUTIVES ETANT INTIMEMENT SOLIDARISEES PAR CALANDRAGE, LE MATERIAU RESULTANT ALLIANT LES PROPRIETES DES DEUX CONSTITUANTS. LE POLYETHYLENE UTILISE COMPREND DE 6 A 13 D'ACETATE DE VINYLE, LE RESTE ETANT DE L'ETHYLENE, IL EST EXTRUDE JUSTE AVANT CALANDRAGE A UNE TEMPERATURE SUPERIEURE A LA NORMALE COMPRISE ENTRE 230C ET 260C. LA CALANDRE UTILISEE EST DOTEE DE DEUX CYLINDRES INFERIEURS QUI SONT REFROIDIS PAR LA CIRCULATION DE FLUIDES. FABRICATION D'UNE BANDE COMPOSITE POUVANT ETRE UTILISEE TELLE QUELLE OU POUR REALISER DES PLATEAUX ALVEOLES UTILISABLES POUR LE CONDITIONNEMENT DES FRUITS ET DES LEGUMES.

Description

La présente invention concerne un matériau à plusieurs couches 1notamment en matières plastiques ainsi que son procédé de fabrication et l'installation permettant la mise en oeuvre du procédé
On connaît des matériaux composés de plusieurs couches de matières plastiques de natures différentes solidarisées par thermocollage ou thermosoudage, par exemple au moyen d'une calandre dont les cylindres actifs sont chauffés.

Cependant, jusqu'ici, il n'a pas été possible de solidariser de cette façon une couche de polyétnylène a une couche de polystyrène expansé. En effet, ces deux matières plastiques présentent du point de vue de leur adhésion une incompatibilité qui fait que, par les procédés connus, on n'est pas parvenu a réaliser l'ouverture des chaînes moléculaires et donc a réaliser une solidarisation intime des deux constituants.

L'invention apporte une solution a ce probleme et vise particulièrement la fabrication d'un matériau constitué d'une feuille de polystyrène expansé dont une face est revêtue d'un film de polyéthylène, les deux constituants du matériau étant intimement solidarisés après une opération de calandrage réalisée dans des conditions particulières, les deux constituants et notamment le polyéthylène étant adaptés en vue d'obtenir leur adhésion mutuelle.

Un tel matériau, conforme a rinvention, allie les propriétés de ses constituants; il sera notamment utilisé pour la fabrication de plateaux alvéolés pour le conditionnement et le transport notamment de fruits ou de légumes.

A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un matériau a plusieurs couches caractérisé par le fait qu'il consiste a solidariser par calandrage au moins une couche de polyéhtylène a au moins une couche de polystyrene expansé.

Suivant une caractéristique particulière de l'invention, le polyéthylène est composé de 6% a 13% d'acétate de vinyle, le reste de la composition étant de l'éthylène; de façon préférée, on utilisera 8% d'acétate de vinyle.

C'est encore une caractéristique de llinvention que de procéder a une extrusion du polyéthylène a une température supérieure a la normale et, de façon préferee, entre 2300C et 2600C.

Le procédé utilise une feuille de polystyrène expansé et un film de polyéthymène, la solidarisation par calandrage s'effectuant au moyen de cylindres refroidis.

Cette dernière caractéristique est essentielle; dans les techniques de calandrage classiques, on opère a chaud; un tel calandrage a chaud ne permet pas d'obtenir la solidarisation du polyéthylène et du polystyrène expanse.

De façon préférée, les deux premiers cylindres de la calandre sont refroidis par circulation d'un fluide de façon a avoir en surface une température de l'ordre de 200C et 100C pour le premier et le second cylindres respectivement.

L'invention a également pour objet l'installation permettant la mise en oeuvre du procédé ci-dessus; elle comprend une première extrudeuse débitant en continu un tube de polystyrène expansé qui, coupé le long de sa génératrice supérieure, produit une feuille, une seconde extrudeuse , fonctionnant a une température supérieure a la normale débitant un film de polyéthylène, le film et la feuille étant associés par passage entre les deux premiers cylindres d'une calandre en comportant trois, ces deux premiers cylindres étant refroidis par circulation de fluides, le matériau composé des deux couches intimement solidarisées étant reçu sur un enrouleur qui termine l'installation.

L'invention a également pour objet le produit obtenu grâce à l'installation ci-dessus; ce produit se présente sous la forme d'une bande a deux couches et peut être utilise tel quel dans toutes les applications pour lesquelles on recherche les propriétés du polystyrène expansé et/ou du polyéthylène, a savoir notamment l'isolation thermique ou phonique, l'étanchéité et le capitonnage.

Une application particulièrement visée par l'invention consiste a utiliser la bande de matériau obtenuepour réaliser des plateaux alvéolés pour le transport et le conditionnement des fruits ou des légumes, ceux-ci étant reçus du coté du matériau constitué par le polyéthylène.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront a la lecture de la description ci-après en faisant référence aux dessins annexés, donnés uniquement a titre d'exemple non limitatif et parmi lesquels - la figure 1 est une vue- schématique , en élévation, de l'installation mettant en oeuvre le procédé de l'invention.

- la figure 2 est une vue schématique, de dessus, de l'installation de la figure 1, représentée sans les matériaux traites.

- la figure 3 est une vue de détail en perspective d'un poste essentiel de l'installation de la figure i, a savoir la calandre.

L'installation comprend une première extrudeuse 1 pour le polystyrène expansé, une seconde extrudeuse 2 pour le polyéthylène, une cage de traction 3 agissant sur l'un des constituants du matériau de l'invention, à savoir la feuille de polystyrène expansé, une calandre 4 et en bout d'installation, a l'extrémité de celle-ci opposée a la première extrudeuse 1, un poste de réception repéré dans son ensemble par la référence 5 et comportant des enrouleurs 6 au-nombre de deux.

L'extrudeuse 1, alimentée par une trémie 7,débite au moyen d'une filière circulaire 8 un tube de polystyrène expansé 9 qui est supporte et guidé a sa sortie de l'extrudeuse 1 par un bâti 10. Le bâti 10 porte, au niveau de la référence 11, un couteau qui découpe le tube de polystyrène 9 suivant sa génératrice supérieure afin de le transformer en une bande ou feuille 12. La feuille 12 et donc le tube 9 de polystyrène dont elle est issue sont entraînés suivant la flèche f grâce a l'action de la cage de traction 3 dont tous ses rouleaux 13, ou seulement certains d'entre eux, sont entraînés par des moyens moteurs non représentés.

La cage de traction 3 est disposée suivant la flèche f, en amont de la seconde extrudeuse 2 et comporte à son entrée deux organes de guidage 14 qui ont pour but d'aplanir la feuille de polystyrène 12 et de faciliter son introduction dans la cage de traction 3 en évitant les pliures; en effet, à l'entrée de la cage 3, cette feuille 12 est encore cambrée du fait qu'elle provient de la découpe longitudinale du tube 9.

Après son passage aulravers du poste 3, la feuille 12 est déviée vers le bas par rapport a son trajet initial au moyen d'un cylindre 15 de façon à pouvoir être introduite dans la calandre entre ses deux cylindres inférieurs 16 et 17.

Juste à ce niveau, c'est-à-dire dans le plan médian entre les cylindres 16 et 17 de la calandre et au voisinage de ces cylindres, se trouve la fente de sortie de la filière 18 de la seconde extrudeuse 2. La filière 18 est une filière plate; elle est alimentée en polyéthylène au moyen d'un conduit 19 et débite le film de polyéthylène 20 qui est introduit entre les cylindres 16 et 17 de la calandre avec la feuille 12 de polystyrène expansé. A ce niveau, le film de polyéthylène 20 se trouve au-dessus de la feuille de polystyrène expansé 12. La feuille 12 et le film 20 sont pressés l'un contre l'autre entre les deux cylindres 16 et 17 qui tournent respectivement suivant les flèches g et h (figure 3).Les deux bandes 12 et 20 se solidarisent, passent autour du cylindre 17 et sont à nouveau pressées entre ce cylindre 17 et le troisième cylindre 21 de la calandre qui est disposé à la partie supérieure de celle-ci et tourne dans le sens de la flèche j (figure 3).

Le matériau a deux couches obtenu désigné par la référence 22 et compose de la feuille de polystyrène expansé 12 sur laquelle est thermocollé le film de polyéthylène 20 quitte la calandre 4 suivant la flèche k et est reçu sur l'un des deux enrouleurs 6 du poste de réception 5 après passage sur un cylindre de guidage 23. L'enrouleur 6 qui est utilisé à la figure 1 tourne dans le sens de la flèche m, Le poste de réception 5 comporte comme indique deux enrouleurs 6 correspondant chacun à un cylindre de guidage 23. Lorsque l'un des deux enrouleurs est saturé, on procède à la découpe transversale de la bande de matériau 22 et on la fait passer d'un cylindre de guidage 23 à l'autre en vue d'utiliser lten- rouleur disponible 6. Parallèlement, on évacue le rouleau ainsi réalisé en liberant le premier enrouleur.

Les enrouleurs sont entrainés par des moyens moteurs non détaillés; ils sont synchronisés avec la calandre 4 de façon à ne pas exercer sur la bande 22 des tensions excessives qui la détérioreraient. Juste après sa sortie de la filière 8, le tube de polystyrène expansé 9 est entoure par un anneau de glaçage qui est par exemple solidaire du bâti 10. Cet anneau 24 permet de conférer à la surface extérieure du tube de polystyrène expansé 9 et donc à la face inférieure de la bande 12 qui en est issue un état de surface parfaitement lisse. L'autre face de la bande ou feuille 12, c'est-à-dire sa face supérieure correspondant à la surface intérieure du tube 9, reste en lletat, c'est-à-dire avec l'état de surface classique des produits en polystyrène non glacés.Cet état de surface permet de favoriser l'accrochage du film de polyéthylène 20 au niveau de la calandre 4. Quant à la surface inférieure lisse de la bande ou feuille 12 et, par suite, du matériau à deux couches 22 qui résulte du glaçage, elle a un but esthétique et permet également d'éviter que le polystyrène ne s'effrite en surface. L'anneau de glaçage 24 est constitue par une pièce annulaire de frottement qui est maintenue à une tem pérature constante et basse de l'ordre de 150C.

Les deux cylindres inférieurs 16 et 17 de la calandre 4 sont refroidis par circulation de fluides.

Pour le cylindre inférieur 16, le fluide est constitué par de l'eau à une température de l'ordre de 150C qui induit à la surface extérieure du cylindre 16 une température de l'ordre de 200C. Cette eau est admise à l'interieur du cylindre 16 par une tubulure 25 et en ressort par une tubulure 26 (figure 3) après que l'échange thermique se soit opéré.

Pour le cylindre intermédiaire 17, le fluide utilisé, introduit par une tubulure 27 et en ressortant par une tubulure 28,est un mélange d'eau et d'antigel à une température de l'ordre de - 50C qui confère à la surface extérieure du cylindre 17 une température de l'ordre de iOOC.

La vitesse de la calandre est de l'ordre de 16 m/mn.

La feuille ou bande 12 de polystyrène expansé produite à partir du tube 9 issu de l'extrudeuse 1 a une épaisseur de l'ordre de 3 mm et un poids par unité de surface qui est de l'ordre de 130 g/m2.

Le film de polyéthylène 20 produit par l'extrudeuse 2 a une épaisseur de l'ordre de 2/10 mm et un poids par unité de surface de l'ordre de 50 g/m2; il présente une très bonne élasticité.

Le polyéthylène utilisé contient de 6% à 13% d'acétate de vinyle, de preference 8%, le reste étant constitué par de l'éthylène. L'extrusion du polyéthylène est réalisée à une température supérieure à la normale qui est comprise entre 2300C et 2600C.

Pour ce qui concerne le polystyrène, il contient des adjuvants et colorants classiques; l'agent d'expansion utilise est un mélange de fréon 11 et de fréon 12 à a part égale; l'agent d'expansion est incorporé au 1/3 de l'extrudeuse 1.

Les trois cylindres 16, 17 et 21 de la calandre 4 ont une longueur de 1.20 m et un diamètre de 200 mm, ils sont traités au polytétrafluoréthylène de façon à éliminer totalement les risques d'adhésion lors du calandrage.

Les fluides utilisés pour le refroidissement des deux cylindres 16 et 17 de la calandre proviennent d'un poste non détaillé repéré par la référence 29 à la figure 1. Les tubulures représentant les circuits de ces fluides ne sont pas représentées. Le poste 29 comporte des dispositifs de régulation de température et de débit pour chacun des deux fluides utilisés.

Grâce au procédé et à l'installation de l'invention, les constituants du matériau 22, a savoir la feuille de polystyrène expansé 12 et le film de polyethylène 20,sont intimement solidarisés. L'adhésion se produit au niveau de la calandre 4, elle résulte d'une part du fait que le polyéthylène est extrudé à haute température et qu'il vient s'appliquer sur la face non glacée de la feuille de polystyrène expansé 12 et , d'autre part, de la conception de la calandre 4 comportant deux cylindres 16 et 17 refroidis par circulation de fluides alors que les calandres classiques utilisées jusqu'ici fonctionnent par chauffage.

Le matériau 22 obtenu sous la forme d'une bande conformée en un rouleau au niveau du poste 5 peut être utilisé tel quel pour toutes les applications pour lesquelles les caractéristiques des deux constituants, polystyrène expansé et polyéthylène, sont recherchées. il peut s'agir notamment d'étanchéité, d'isolation thermique ou phonique et de capitonnage.

Au sein du matériau 22, le polystyrène conserve les propriétés qu'on lui connaît, le film de polyéthylène 20 lui apporte par son élasticité une résistance mécanique. En effet, une feuille simple de polystyrène expansé de quelques millimètres d'épaisseur se brise facilement alors que le matériau 22 de l'invention supporte des déformations importantes.

Une application principale du matériau 22 de l'invention est visée; il s'agit de la fabrication de plateaux pour le transport et le conditionnement des fruits et des légumes. Pour réaliser de tels plateaux, la bande 22 est découpée en plaques unitaires et est alvéolée par exemple par thermoformage. Les alvéoles sont réalisées du coté de la bande 22 portant le film de polyéthylène 12. Ce film sera avantageusement colore en bleu pour flatter le contenu du plateau.

Le plateau, compte tenu de sa faible épaisseur, ne peut pas être utilisé seul, il sert de garnissage pour les contenants classiques en lattes de bois comme par exemple les plateaux pour fruits.

il est bien évident qu'en fonction des applications visées, l'épaisseur de la feuille de polystyrène expansé 12 pourra être plus ou moins importante; pour ce qui concerne l'épaisseur du film de polyéthylène 20, il est souhaité qu'il n'excède pas quelques dizièmes de millimètres de façon à conserver ses qualités mécaniques et notamment son élasticité et, surtout, pour ne pas compromettre son adhésion avec le polystyrène expansé.

En variantes, on peut, soit revêtir une feuille de polystyrène expansé telle que 12 d'un film de polyéthylène tel que 20 sur ses deux faces, en obtenant un matériau 22 à trois couches, soit disposer un film de polyéthylene unique 20 en sandwich entre deux feuilles de polystyrène expansé telles que 12, en obtenant également un matériau à trois couches. il est possible également d'obtenir un matériau à plus de trois couches, par exemple, en alternant des films de polyéthylène tels que 20 et des feuilles de polystyrène expansé telles que 12.

Dans tous les cas, bien entendu l'installation sera plus complexe puisqu'il faudra multiplier le nombre des extrudeuses nécessaires et aménager la calandre en conséquence.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Procédé de fabrication d'un matériau à plusieurs couches, caractérisé en ce qu'il consiste à solidariser par calandrage au moins une couche de polyéthylène à au moins une couche de polystyrène expansé.

2. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que le polyéthylène, se présentant sous la forme d'un film mince (20), contient de 6 % à 13 % d'acétate de vinyle, le reste de la composition étant de l'éthylène, le pourcentage préféré en acétate de vinyle étant de 8 %.

3. Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2 caractérisé par le fait que le film de polyéthylène (20) est extrudé juste avant d'être associe par calandrage au polystyrène expansé qui se présente sous la forme d'une feuille (12), l'extrusion du polyéthylène étant réalisée à une température supérieure à la normale comprise entre 2300C et 2600C.

4. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3 caractérisé par le fait que le calandrage permettant la solidarisation du film de polyéthylène (20) sur la feuille de polystyrène expansé (12) est réalisé en refroidissant les cylindres actifs (16 et 17) de la calandre (4) au moyen de circulations de fluides.

5. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications i à 4 caractérisée par le fait qu'elle comporte une extrudeuse (1) pour le polystyrène expansé, une cage de traction (3) pour ce produit, une extrudeuse (2) pour le polyéthylène, une calandre (4) dans laquelle la feuille de polystyrène (12) et le film de polyéthylène (20) sont associés et solidarisés et un poste de réception (5) comportant des enrouleurs (6)

6. Installation suivant la revendication 5 caractérisée par le fait que le polystyrène expansé est produit au moyen d'une filière circulaire (8) sous la forme d'un tube (9) coupé en (11) le long de sa génératrice supérieure pour former une bande ou feuille (12) introduite entre les cylindres inférieurs (16 et 17) de la calandre.

7. Installation suivant l'une des revendications 5 et 6 caractérisée par le fait que le film de polyéthylène (20) est produit par une filière plate (18) dont la fente de sortie est disposée au voisinage de la ligne d'introduction de la feuille de polystyrène expansé (12) entre les cylindres (16 et 17) de la calandre, le film de polyéthylêne (20) produit étant introduit entre ces deux mêmes cylindres au-dessus de la feuille de polystyrène expansé (12).

8. Installation suivant l'une des revendications 5 à 7 caractérisée par le fait que les deux cylindres (16 et 17) comportent des tubulures d'admission respectivement (25) et (27) et d'évacuation respectivement (26) et (28) pour des fluides réfrigérants, la surface extérieure du cylindre (16) étant ainsi main tenue à une température voisine de 200C, celle du cylindre (17) à une température de l'ordre de 70C à 100C.

9. Produit obtenu par le procédé suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'il se présente sous la forme d'une bande (22) comportant au moins un film mince de polyéthylène (20) solidarisé à au moins une feuille de polystyrène expansé (12).

10. Plateau pour le transport et le conditionnement des fruits ou des legumes obtenu à partir du produit selon la revendication 9 caractérisé par le fait qu'il est constitué à sa partie inférieure d'une feuille unique de polystyrène expansé (12) et à sa partie supérieure d'un film de polyéthylène unique (20), la face supérieure du plateau, c'est-à-dire celle constituée en polyéthylène3 étant alvéolée par exemple par thermoformage et recevant le contenu du plateau.