WO1998029260A1 - Manchon composite a revetement ceramique, adapte notamment pour les manchons de transfert d'encre - Google Patents

Manchon composite a revetement ceramique, adapte notamment pour les manchons de transfert d'encre Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a composite sleeve with ceramic coating, intended to be etched on the surface in particular with a laser and used in flexographic printing machines for ink transfer.
  • Sleeves made of composite material are already commonly used as a plate sleeve in flexographic printing machines. Such sleeves allow easy handling, rapid changes and above all make it possible to cover a very wide range of developments from the same carrying cylinder.
  • This composite sleeve comprises at least one layer of material of the type comprising a complex composed of a layer of nonwoven material and of a layer of material having a high level of vacuum of the expanded type according to a determined geometry, the assembly being coated with a layer of resin having a strong shrinkage power determined during polymerization. Resin bridges provide the connections.
  • the coating is rectified to give it a perfect round and then engraved, generally with a laser, to give it its capacity for retaining a given volume of ink per unit of area.
  • This product is sophisticated and the cost price of such a cylinder is high.
  • the cylinder must be changed or it is broken because the ceramic is resistant to wear but remains very fragile, the only way is to change the complete cylinder, which requires very long machine downtimes.
  • mechanics that is to say the machining of rockets with rectified bearings, the bearings, accounts for 25% of the total price of the finished cylinder.
  • a flexography machine can include three basic types of screen, which leads to 18 anilox cylinders for a six-color machine.
  • the goal is therefore to offer anilox cylinders with a single support cylinder on which is mounted a ceramic sleeve on the surface and engraved, although the ceramic is very fragile and does not support any radial expansion and although the deposition of ceramic generates temperature rises very important.
  • the composite sleeve adapted in particular to be mounted on a metal carrier cylinder and used for ink transfer, comprises a base sleeve which is radially deformable, a layer with limited deformability, an intermediate layer for absorbing radial deformations, and a layer of material with high heat dissipation capacity, ceramized.
  • the base sleeve more particularly comprises at least one layer of complex type material composed of a layer of nonwoven material and of a layer of material having a high void content of the expanded type according to a determined geometry, the assembly being coated with a resin layer having a high shrinkage power determined during polymerization.
  • the layer with limited deformability is made of fiberglass embedded in a hard resin capable of being rectified, forming a reinforcing belt.
  • the intermediate layer for absorbing radial deformation comprises a triplex composed of an elastomer sandwiched between an internal layer of hard resin binding it to the layer with limited deformability and an external layer of hard resin binding it to the layer of material strong heat dissipation capacity.
  • the elastomer has a hardness of approximately 60 shore and the resin has a hardness of 85 shore, the thickness of the intermediate layer being a few millimeters.
  • the material of the layer with a high heat dissipation capacity is carbon or a polymer conductor embedded in a high glass transition point resin or metal alloy.
  • the material of the layer with high heat dissipation capacity is directly coated with a ceramic coating, which is ground to the given diameter and etched.
  • FIG. 1 a view of a preferred embodiment of an anilox cylinder according to the invention, with partial cutaway which show the different layers of material,
  • FIG. 2 a view in longitudinal section of the anilox cylinder of FIG. 1
  • the sleeve shown in Figure 1 comprises a base sleeve 10 to which is attached a layer 1 2 with radially limited deformability, an intermediate layer 14, compressible and a layer 1 6 with high heat dissipation capacity, capable of being coated with 'a layer 1 8 of ceramic material.
  • the base sleeve 10 is of the type comprising at least one layer of low density material as described in European patent application No. 95 450009 in the names of the present applicants with resin impregnation to bond the layers together and make bridges in the radial direction, so as to leave a certain capacity for radial deformation by expansion under the effect of pressure to allow mounting on the carrier cylinder and a shrinking effect sufficient to prevent any rotation of the sleeve once the gas flow under interrupted pressure.
  • This type of material comprises a layer of nonwoven material and a layer of material having a high voidness of the expanded type according to a determined geometry, the assembly being coated with a layer of resin having a high shrinkage power determined at polymerization. All of the constituents make it possible to achieve very low densities.
  • the layer 1 2 with limited deformability is produced in the particular embodiment shown with glass fiber, arranged by filament winding or wrapping and impregnated with a very hard resin once polymerized.
  • This layer forms a reinforcement belt.
  • the intermediate layer 1 4 preferably comprises a triplex, that is to say a layer of a microcellular elastomer comprising open cell pores, sandwiched between two layers of very hard 85 shore resin.
  • the hardness of the elastomer is rather situated in values from 50 to 60 shore.
  • This type of elastomer thus sandwiched leads to very interesting deformation capacities as shown in FIGS. 3A and 3B. Indeed, the open cell foam compresses in perfectly radial directions without lateral deformation, that is to say parallel to the surface. There is no lateral creep under load.
  • the resin which permeates this triplex also provides the connection between the layer with limited deformability and this triplex.
  • This intermediate layer 14 is thin, of the order of a few millimeters, it is imperatively placed immediately under the layer 1 6 with high heat dissipation.
  • the layer 1 6 with high heat dissipation is for example carbon or a conductive polymer embedded in a resin with a high glass transition point.
  • This layer can also comprise a metal alloy based on aluminum or copper.
  • This layer 1 6 is then directly coated with a projection of molten ceramic powder, in a plasma for example.
  • the localized heat of the deposit is thus diffused in the support layer without degrading it.
  • the composite sleeve is then rectified in a known manner with the diamond wheel to give it a regular outside diameter having a controlled particle size capable of undergoing etching by means of a laser.
  • the structure of the sleeve according to the invention is such that the heat generated by the ceramic coating is dissipated without reaching either the base sleeve, the intermediate layer or the inner layer of the Triplex.
  • the base sleeve When pressurized by the gas flow, it is the base sleeve which compresses to gain the few hundredths of a millimeter of radial expansion necessary for assembly.
  • the layer 1 2 with limited deformability prevents the spread of radial expansion. If radial expansions were to subsist and propagate, the intermediate layer is there to absorb this expansion, certainly preventing any transfer of expansion to the layer with high heat dissipation capacity coated with ceramic.
  • the air flow is interrupted and the base sleeve encloses the carrier cylinder and immobilizes said sleeve on said cylinder.
  • the deformable intermediate layer is transferred to the outside of the sleeve, which at the same time limits the shearing effects between the different coaxial layers.
  • microporous elastomers have low shear strengths and the more they are in the center, the less material there is to absorb the forces generated by the rotation of the carrier cylinder and its sleeve.

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Abstract

La présente invention concerne un manchon composite adapté notamment pour être monté sur un cylindre porteur métallique et utilisé pour le transfert d'encre, comprenant un manchon (10) de base déformable radialement, une couche (12) à déformabilité limitée, une couche (14) intermédiaire d'absorption des déformations radiales, et une couche (16) de matériau à forte capacité de dissipation de la chaleur, céramisée. Le revêtement (18) céramique est gravé, généralement au laser, en sorte de donner à la surface externe du manchon des capacités de rétention d'encre pour permettre son utilisation comme anilox dans une machine d'impression.

Description

MANCHON COMPOSITE A REVETEMENT CERAMIQUE, ADAPTE NOTAMMENT POUR LES MANCHONS DE TRANSFERT D'ENCRE
La présente invention concerne un manchon composite à revêtement céramique, prévu pour être gravé en surface notamment avec un laser et utilisé dans les machines d'impression flexographique pour le transfert d'encre. On utilise déjà couramment des manchons en matériau composite comme manchon porte-cliché dans les machines d'impression flexographique. De tels manchons permettent des manutentions aisées, des changements rapides et surtout permettent de couvrir une gamme très étendue de développements à partir d'un même cylindre porteur.
C'est ainsi que les demandeurs ont mis au point un manchon composite de haute technologie décrit dans la demande de brevet européen N ° 95 450009. Ce manchon se monte sur un cylindre porteur perforé sur un côté avec des ajutages qui laisse passer de l'air comprimé introduit à l'intérieur du cylindre porteur. Cet air sous pression permet de dilater le manchon de façon très faible mais suffisante pour assurer une dilatation radiale et le montage sur le cylindre porteur. Lorsque la pression cesse, le manchon parfaitement ajusté reprend son diamètre nominal et le serrage radial assure un blocage en rotation et en translation dudit manchon sur le cylindre.
Ce manchon composite comprend au moins une couche de matériau de type comprenant un complexe composé d'une couche de matériau non-tissé et d'une couche de matériau ayant un fort taux de vide du type expansé selon une géométrie déterminée, l'ensemble étant enduit d'une couche de résine ayant un fort pouvoir de retrait déterminé à la polymérisation. Des ponts de résine assurent les liaisons.
Dans une machine d'impression flexographique, il faut aussi un système d'encrage des clichés portés par les manchons composites. Ce système d'encrage est excessivement sollicité, puisque lui n'est pas changé comme les manchons porte-cliché. Il a pour rôle, après réglage de la touche, c'est à dire de la pression à exercer sur le cliché, de déposer sur ce cliché, une mince couche d'encre, d'une extrême régularité afin de délivrer une dose très précise d'encre, ce qui est le gage d'une impression de qualité. Ce type de cylindre est appelé couramment dans le métier "l'anilox". Il est actuellement réalisé en acier et subit ensuite un dépôt de céramique par projection de poudre de céramique en fusion, généralement dans un plasma, ce qui explique la réalisation du cylindre porteur en acier et le dépôt directement sur ce cylindre métallique. La matière retenue, la céramique est dictée, pour des raisons bien compréhensibles, par sa résistance à l'usure.
Afin de conférer à ce revêtement ses qualités d'impression, le revêtement est rectifié pour lui donner un rond parfait puis gravé, généralement au laser, pour lui donner ses capacités de rétention d'un volume donné d'encre par unité de surface. Ce produit est sophistiqué et le prix de revient d'un tel cylindre est élevé. Lorsque pour des raisons dictées par l'impression à réaliser le cylindre doit être changé ou qu'il est cassé car la céramique est résistante à l'usure mais reste très fragile, le seul moyen est de changer le cylindre complet, ce qui nécessite des durées d'arrêt machine très longues. Pour donner un ordre d'idée, la mécanique, c'est à dire l'usinage des fusées avec des portées rectifiées, les roulements, intervient pour 25% du prix total du cylindre fini.
Il faut donc investir en mécanique des frais importants pour chaque cylindre uniquement pour changer de gravure. On sait qu'une machine de flexographie peut comprendre de base trois type de tramés, ce qui conduit à 1 8 cylindres anilox pour une machine à six couleurs. Le but est donc de proposer des cylindres anilox à cylindre support unique sur lequel est monté un manchon céramisé en surface et gravé, bien que la céramique soit très fragile et ne supporte aucune dilatation radiale et bien que le dépôt de céramique engendre des montées en température très importantes.
L'économie sera alors quasiment de 25% sur l'investissement total avec en plus un gain de temps très précieux en arrêt machine puisque le temps de changement de l'anilox sera du même ordre de grandeur que celui des manchons porte-cliché. A cet effet, le manchon composite adapté notamment pour être monté sur un cylindre porteur métallique et utilisé pour le transfert d'encre, comprend un manchon de base déformable radialement, une couche à déformabilité limitée, une couche intermédiaire d'absorption des déformations radiales, et une couche de matériau à forte capacité de dissipation de la chaleur, céramisée.
Le manchon de base comprend plus particulièrement au moins une couche de matériau type complexe composé d'une couche de matériau non- tissé et d'une couche de matériau ayant un fort taux de vide du type expansé selon une géométrie déterminée, l'ensemble étant enduit d'une couche de résine ayant un fort pouvoir de retrait déterminé à la polymérisation.
Selon le mode préférentiel, la couche à déformabilité limitée est réalisée en fibre de verre noyée dans une résine dure susceptible d'être rectifiée, formant une ceinture de renfort.
La couche intermédiaire d'absorption des déformations radiales comprend un triplex composé d'un elastomère pris en sandwich entre une couche interne de résine dure le liant à la couche à déformabilité limitée et une couche externe de résine dure le liant à la couche en matériau à forte capacité de dissipation de la chaleur. De préférence, l'élastomère a une dureté sensiblement de 60 shore et la résine a une dureté de 85 shore, l'épaisseur de la couche intermédiaire étant de quelques millimètres.
Selon une autre caractéristique, le matériau de la couche à forte capacité de dissipation de la chaleur est du carbone ou un polymère conducteur noyé dans une résine à point de transition vitreuse élevé ou un alliage métallique. De plus, le matériau de la couche à forte capacité de dissipation de la chaleur est enduit directement d'un revêtement de céramique, qui est rectifié au diamètre donné et gravé. L'invention est décrite ci-après selon un mode de réalisation particulier, non limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels les différentes figures représentent :
- figure 1 , une vue d'un mode préférentiel de réalisation d'un cylindre anilox selon l'invention, avec des arrachements partiels qui font apparaître les différentes couches de matériau,
- figure 2, une vue en coupe longitudinale du cylindre anilox de la figure 1 , et
- figures 3A et 3B, une vue comparée des effets d'un effort radial sur un manchon de l'art antérieur et sur un manchon selon l'invention, respectivement.
Le manchon représenté sur la figure 1 comprend un manchon de base 10 sur lequel est rapportée une couche 1 2 à déformabilité limitée radialement, une couche 14 intermédiaire, compressible et une couche 1 6 à forte capacité de dissipation thermique, susceptible d'être revêtue d'une couche 1 8 de matériau céramique.
Le manchon de base 10 est du type comprenant au moins une couche de matériau de faible densité tel que décrit dans la demande de brevet européen N°95 450009 aux noms des présents demandeurs avec imprégnation de résine pour lier les couches entre elles et faire des ponts dans le sens radial, en sorte de laisser une certaine capacité de déformation radiale par expansion sous l'effet de la pression pour permettre le montage sur le cylindre porteur et un effet de rétreint suffisant pour interdire toute rotation du manchon une fois le flux de gaz sous pression interrompu.
Ce type de matériau comprend une couche de matériau non-tissé et une couche de matériau ayant un fort taux de vide du type expansé selon une géométrie déterminée, l'ensemble étant enduit d'une couche de résine ayant un fort pouvoir de retrait déterminé à la polymérisation. L'ensemble des constituants permet d'atteindre des densités très faibles.
La couche 1 2 à déformabilité limitée est réalisée dans le mode de réalisation particulier représenté avec de la fibre de verre, disposée par enroulement filamentaire ou banderolage et imprégnée d'une résine très dure une fois polymérisée.
Cette couche forme une ceinture de renfort.
Afin d'obtenir un état de surface autorisant la mise en place d'autres couches de matériau, il est prévu une rectification à un diamètre donné. La couche 1 4 intermédiaire comprend de façon préférentielle un triplex c'est à dire une couche d'un elastomère microcellulaire comprenant des pores à cellules ouvertes, prise en sandwich entre deux couches de résine très dure de 85 shore. La dureté de l'élastomère est plutôt située dans des valeurs de 50 à 60 shore. Ce type d'élastomère pris ainsi en sandwich conduit à des capacités de déformation très intéressantes comme le montrent les figures 3A et 3B. En effet, la mousse à cellules ouvertes se comprime suivant des directions parfaitement radiales sans déformation latérale, c'est à dire parallèlement à la surface. Il n'y a pas de fluage latéral sous charge. La résine qui imprègne ce triplex assure aussi la liaison entre la couche à déformabilité limitée et ce triplex.
Cette couche intermédiaire 14 est de faible épaisseur, de l'ordre de quelques millimètres, elle est impérativement disposée immédiatement sous la couche 1 6 à forte dissipation thermique. La couche 1 6 à forte dissipation thermique est par exemple du carbone ou un polymère conducteur noyé dans une résine à point de transition vitreuse élevé. Cette couche peut aussi comprendre un alliage métallique à base d'aluminium ou de cuivre.
Cette couche 1 6 est ensuite directement enduite d'une projection de poudre céramique en fusion, dans un plasma par exemple.
La chaleur localisée du dépôt est ainsi diffusée dans la couche support sans la dégrader. Le manchon composite est ensuite rectifié de façon connue à la meule diamantée pour lui donner un diamètre extérieur régulier ayant une granulométrie contrôlée apte à subir une gravure au moyen d'un laser.
La structure du manchon selon l'invention est telle que la chaleur générée par le revêtement céramique est dissipée sans atteindre ni le manchon de base, ni la couche intermédiaire, ni la couche interne du Triplex.
La fabrication d'un tel manchon est donc possible.
Ensuite, il faut encore pouvoir monter un tel manchon sur le cylindre porteur sachant que la couche céramique extérieure n'est dotée d'aucun pouvoir d'élasticité et qu'elle est fragile donc qu'elle se casse.
Lors de la mise en pression par le flux de gaz, c'est le manchon de base qui se comprime pour gagner les quelques centièmes de millimètres d'expansion radiale nécessaires au montage. La couche 1 2 à déformabilité limitée évite la propagation de la dilatation radiale. Si des dilatations radiales venaient à subsister et à se propager, la couche intermédiaire est là pour absorber cette dilatation, interdisant de façon certaine tout transfert de dilatation jusqu'à la couche à forte capacité de dissipation thermique revêtue de céramique.
Dès que le manchon est monté, le flux d'air est interrompu et le manchon de base vient enserrer le cylindre porteur et immobiliser ledit manchon sur ledit cylindre.
On note que la couche intermédiaire déformable est reportée à l'extérieur du manchon, ce qui limite en même temps les effets de cisaillement entre les différentes couches coaxiales. En effet, les élastomères microporeux ont de faibles résistances au cisaillement et plus ils sont au centre et moins il y a de matière pour absorber les efforts engendrés par la rotation du cylindre porteur et de son manchon.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S
1 . Manchon composite adapté notamment pour être monté sur un cylindre porteur métallique et utilisé pour le transfert d'encre, comprenant un manchon (10) de base déformable radialement, une couche (1 2) à déformabilité limitée, une couche (14) intermédiaire d'absorption des déformations radiales, et une couche (1 6) de matériau à forte capacité de dissipation de la chaleur, céramisée.
2. Manchon composite selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le manchon (10) de base comprend au moins une couche de matériau de type comprenant un complexe composé d'une couche de matériau non-tissé et d'une couche de matériau ayant un fort taux de vide du type expansé selon une géométrie déterminée, l'ensemble étant enduit d'une couche de résine ayant un fort pouvoir de retrait déterminé à la polymérisation.
3. Manchon composite selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la couche (1 2) à déformabilité limitée est réalisée en fibre de verre noyée dans une résine dure susceptible d'être rectifiée, formant une ceinture de renfort.
4. Manchon composite selon la revendication 1 , 2 ou 3, caractérisé en ce que la couche (14) intermédiaire d'absorption des déformations radiales comprend un triplex composé d'un elastomère pris en sandwich entre une couche interne de résine dure le liant à la couche (1 2) à déformabilité limitée et une couche externe de résine dure le liant à la couche (1 6) en matériau à forte capacité de dissipation de la chaleur.
5. Manchon composite selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élastomère a une dureté comprise entre 50 et 60 shore et la résine a une dureté de 85 shore.
6. Manchon composite selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche intermédiaire est de quelques millimètres.
7. Manchon composite selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau (1 6) de la couche à forte capacité de dissipation de la chaleur est du carbone ou un polymère conducteur noyé dans une résine à point de transition vitreuse élevé ou encore un alliage métallique.
8. Manchon composite selon la revendication 7, caractérisé en ce que le matériau (1 6) de la couche à forte capacité de dissipation de la chaleur est enduit directement d'un revêtement (1 8) de céramique, qui est rectifié au diamètre donné et gravé.
PCT/FR1997/002450 1996-12-30 1997-12-30 Manchon composite a revetement ceramique, adapte notamment pour les manchons de transfert d'encre WO1998029260A1 (fr)

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