Brevet FR2003280A1 — publié le 19691107

Ov 2 3 H. s ■ jiUu L'invention concerne un procédé pour le traitement thermique de films de matière synthétique thermoplastique étirés suivant les deux axes, avec orientation moléculaire. Suivant un procédé connu de traitement de ce 3 genre. le film est passé progressivement autour d'une série de cylindres chauffants maintenus à des températures progressivement élevées. On a constaté que les films ainsi traités présentaient, généralement, une réduction considérable de dimensions dans la direction transversale du film, une fois retirés du dernier cy-10 lindre, cette réduction étant mesurée à partir de la dimension originale de films étirés, suivant les deux axes alimentés dans le processus de chauffage. La réduction de dimensions latérales ou contractées s'élève à quelques dizaines pour cent et elle peut augmenter si le film est maintenu constamment dans son état de 15 tension en direction longitudinale, sans permettre de relaxation au cours du traitement. Ce rétrécissement transversal est un inconvénient considérable de ce procédé de traitement connu. En vue d'éviter cet inconvénient, il a été proposé de pourvoir le film, pendant ses passages successifs 20 autour des cylindres chauffants, d'une feuille de support inférieure ou d'une courroie de préférence courroie sans fin, en vue de supprimer le rétrécissement latéral, autrement possible. Cependant un autre inconvénient réside alors, en ce que la surface du film qui est maintenue en contact avec la feuille de support, 25 normalement faite de feutre ou matière fibreuse souple analogue, est soumise à un effet de gondolement causé par la pression contre la surface rugueuse de la feuille, ce qui nuit à la formation désirée d'une surface de film lisse. L'invention a pour but de réaliser un procédé 30 de traitement thermique de films synthétiques étirés dans les deux sens pour réduire la contraction transversale traditionnellement produite au cours du passage et des étapes successives de chauffage - Le procédé permet également d'obtenir des 35 produits ayant une surface lisse qui se prête à l'impression ou autres opéra?ions ultérieures. Le procédé de l'invention est caractéx'isé par ce qu'on superpose entre elles, deux films ou feuilles et on les pa.sac ensuite autour d'une série de cylindres chauffants dispose sec c;.-i groupes sutcesailâ et d'une -manière alternative, ces BAD 0R1GIN 09 06127 2 groupes étant sainttnus à des températures successive:-. santés et tournant à des vitesses successivement décr" : - -- ' L'invention s'étend, également, à »me installation pour l'application du procédé ci-dessus ou similaire-5 Le procédé est d'application simple i--~ installation de fonctionnement pratique et de haute effi c&c ? ; . Le procédé permet de traiter des films sy:. thé-tiques à fibres orientées dans les deux sens, en leur c-onscs s snî une dimension précise, notamment de produits "tabulaires après» 10 qu'ils ont été fendus longitudinalement en feuilles r. Le procédé part de tubes de matièi e synthétique' exfcrudés à travers une fente annulaire formée c"..-- ~ : matrice et qui sont ensuite étirés par la technique r -îir;: d soufflage de gonflement, en utilisant un gaz chaud tel que de 7 a 15 vapeur ou de l'air comprimé« La matière ainsi étirée, en forma de tube continu, est soumise à un refroidissement au moyea d.'uïi fluide tel que de l'eau froide, en vue de stabiliser l'orientation moléculaire du film obtenue par l'étirage biaxial réalisé à haute température. 20 Le tube gonflé est alors applati et découlé au moyen d'une paire de couteaux qui sont maintenus :n contact avec deux endroits choisis très près des bords du tu!:-c applati ; de manière à former deux feuilles de film continues qui son. susceptibles de se contracter si on les chauffe. 25 Conformément au procédé de 11inveition. les deux feuilles de film continues ainsi obtenues sont p " éf s conjointement entre une paire de cylindres écraseurs pc-.-r tr.r'rîc-" le reste d'eau contenu aussi parfaitement que possil* 3 E.IJ es sont alors passées séparément successivement chacune auto.;;- û*une 30 série séparée de cylindres de séchage maintenus à ut; ; t tirre légèrement élevée telle que, par exemple, à 40 à 50e C pt«,r sécher la feuille de film sans provoquer de con trac tic::* ar-; j é' 'Ik ble du film. Lorsqu'on utilise de l'air chaud 1 -r': 35 vapeur dans le gonflement du tube, le refroidissement •' > • -•• -bilisat ion étant effectués avec de 1 ' ail* froid, on p - penser de l'étape d'écrasement et de séchage ci-dess Les deux feuilles de film continu-; : ' rs ar.eutes en condition de chevauchement réciproque et 4rt '• • -• ei/;- - : autciîjr dn- plusieurs groupes de cylindre1: t ;e , bad obig1nau 69 06127 3 2003280 la température de ces groupes de cylindres étant choisie pour être successivement plus élevée en direction du passage des feuilles qui sont amenées alternativement en contact avec les cylindres de chauffage de manière à créer une excellente stabi-5 lisation par la chaleur. Les vitesses périphériques des cylindres successifs sont différentes par étapes et réduites successivement, de sorte que les feuilles traitées thermiquement peuvent se contracter substantiellement dans leur position longitudinale de manière à atteindre un revenu. Les deux films ainsi 10 traités sont séparés l'un de l'autre pour être enroulés séparément en bobines, respectives ou alternativement. Les deux feuilles sont comprimées entre elles à température élevée dans une unité à deux feuilles enroulées en une bobine. La description se rapporte à des exemples de 15 réalisation représentés aux dessins joints, dans lesquels : - la figure A représente la partie inférieure de la figure complète, - la figure B représente la partie supérieure de la figure complète, 20 - la figure complète représente schématique- ment 1'installation de traitement thermique de films de matières synthétiques thermoplastiques à orientation moléculaire. Deux feuilles 10 et 11 ont été préparées à partir d'une matière synthétique thermoplastiqùe de composés po-25 lymères linéaires tels que, par exemple, polypropylène, polyéthy-lène à haute densité, polystyrène, polyester, chlorure de poly-vinyle ou analogue, par le procédé de gonflement après extrusion hors d'une pente annulaire de matrice, pour effectuer un étirage biaxial- La matière est cotipée en deux films et refroidie à l'eau 30 pour fixer l'orientation moléculaire. Ces feuil3.es de film sont passées ensemble à travers la fente 12 formée entre une paire de cylindres écraseurs 13 et l4 pour éliminer l'eau contenue. Elles sont alors séparées mécaniquement l'une de l'autre en insérant une barre fixe 15 entre les feuilles qui se déplacent. Les feuil-35 les séparées 10 , 15 passent autour d'une paire d'autres cylindres de séchage lb, 17 successivement de manière alternatûre comme représenté. La feuille de film inférieure 11, 15 passe d'une manière similaire autour d'une autre paire de cylindres de séchage 18 et 19- Ces cylindres sont maintenus à une faible tem-kO pérature normalement kO à 50° C pour conserver l'étirage biaxial bad originai 69 06127 4 2003280 dans leur état non contracté. Le fluide de chauffage, pour ce but, peut être de l'eau chaude. En plus, de l'air chaud peut être utilisé pour accélérer le séchage. Les feuilles de film ainsi séchées sont amenées conjointement de surface en passant 5 autour d'une barre de guidage stationnaire 20 et ensuite convoyées pour passer à travers la fente 21 entre une paire de cylindres de pression 22 et 23- Bien que non représentées, les feuilles de film sont guidées autour de moyens traditionnels pour amener leurs bords latéraux d'un côté en alignement pendant 10 leur déplacement entre la barre de guidage 20 et la paire de cylindres 22, 23- La température des feuilles est amenée dans ce stade de traitement de préférence entre 40-50°C. Par ce processus, une grande partie de l'air capté entre les deux feuilles de film est emprisonnée entre les deux feuilles. 15 Ces films pressurisés conjointement 10 et 11 sont, alors par passage autour d'un guide fixe 24, passés sur le premier cylindre 25 du premier stade de chauffage qui comprend un autre cylindre de chauffage 26. Lorsque les feuilles superposées sont ainsi 20 amenées par leur bord supérieur 19 en contact avec le cylindre chauffant 25, la feuille intérieure 10 est favorablement chauffée par son contact direct avec la surface du cylindre avec conduction thermique optimale. Tandis que la seconde feuille ou feuille extérieure 15 agissant dans ce cas comme feuille de 25 support est seulement chauffée à une température plus basse que la feuille intérieure, compte tenu de la couche d'air existant entre les feuilles. Cependant, lorsque les films sont très minces et que le film extérieur est susceptible d'être chauffé con-30 sidérablemerit par conduction thermique de l'intérieur vers 1 ' extérieur, il peut être nécessaire d'adopter un moyen de refroidissement dont le courant est dirigé contre la surface extérieure exposée du film extérieur en vue d'empêcher un échauffement excessif qui provoquerait le rétrécissement. Cette considération 35 supplémentaire dépend évidemment des conditions et de la matière du film, de son épaisseur et de la vitesse d* alimentation. Lorsque la matière a un bas point de fusion, l'épaisseur du film est plus faible et/ou sa vitesse d'alimentation, ce refroidissement extérieur du film extérieur sera nécessaire. Cependant, 40 la feuille de film extérieure agit efficacement pour protéger $ad original * 69 06127 iQf ,Ul' la matière contre un rétrécissement transversal et en outre comme isolant pour s'opposer à la dissipation, de chaleur à partir de La feuille intérieure vers l'atmosphère. Plus particulièrement, bien que la feuille de film intérieure ait naturel-5 lement à 3a contraction thermique dans son sens transversale en étant chauffée dans les conditions ci-dessus, le contact sous forte pression de la feuille contre la surface chauffée du cylindre exercée par la feuille extérieure qui n'est chauffée qu'à un moindre degré, et le cas échéant refroidie par courant 10 d'air, sert à accroître la friction statique entre le cylindre et la feuille intérieure, ce qui évite sa contraction thermique En conséquence, la feuille intérieure est soumise à un traitement thermique dans des conditions propres à empêcher sa contraction transversale. Cette contraction se produira spécialement lorsque 15 les "deux feuilles quitteront le contact avec la surface du cylindre chauffant. Mais, étant donné que la feuille intérieure est intimement eu contact avec la face intérieure de la feuille extérieure dans des conditions partiellement ramollies de cette feuille intérieure, ce genre de rétrécissement est évité par 20 l'existence de la feuille extérieure qui a une température considérablement plus basse que la feuille intérieure, ce qui est accentué par les moyens de refroidissement mentionnés pour la feuille extérieure. Si, au contraire, les deux feuilles se contractaient indépendamment l'une de l'autre, la contraction 25 transversale ne pourrait pas être empêchée lors de la sortie des feuilles des cylindres de chauffage. Etant donné qu'il existe une grande résistance de friction ou de glissement entre les feuilles, la contraction transversale de la feuille intérieure est supprimée par la feuille extérieure représentant une con-30 traction considérablement plus faible dans ce cas. Les feuilles de film sont alors amenées en contact avec le cylindre de chauffage suivant 26 du même groupe de chauffage. Dans ce cas, la précédente feuille intérieure 10 agit comme feuille de support tandis que la précédente feuille 35 extérieure 11 devient la feuille intérieure et le traitement thermique précédent est répété dans ces nouvelles conditions. Ces cylindres chauffants 25 et 26 sont maintenus à £0° C. Dans ces circonstances, le second cylindre 26 peut être chauffé & une température un peu plus élevée que celle du ;i0 proiaicr cylindre 23 • Le fluide ds chauffage est de l'eau chaude, 19 06127 s bien qne ces ooysns aient été omis dans les dessins» Si nécessaire, le second cylindre 36 peut également être équipé avec des moyens de refroidissement par air, non représentés, pour assurer un refroidissement efficace de la feuille de film extérieure 10 5 qui agit alors comme feuille de support pour la feuille devenue feuille intérieure 11. Les feuilles ainsi traitées sont passées alternativement autour de deux cylindres chauffants 27 et 28 consistant en second groupe, les cylindres étant maintenus à une tem-10 pérature supérieure de 15 à 20° C à celle du premier groupe» Le premier cylindre 27 peut être chauffé un peu plus bas que le second cylindre 28. Des moyens de refroidissement peuvent également être prévus dans le taêiae but que mentionné dans le cas du premier groupe de cylindre. Ces mesures sont applicables aux 15 autres groupes de cylindres chauffants successifs. On voit que les feuilles de film sont traitées de la même manière que dans le cas du premier groupe, mais à une tempérautre accrue. Le même processus est répété avec le troisième et le quatrième groupe de cylindres chauffants. 20 Les cylindres 29 et 30 du troisième groupe sont maintenus à une température plus élevée de 15 à 30° C que celle du second groupe. Le premier cylindre 29 est entraîné en rotation un peu plus lentement que le second cylindre 30. Les feuilles sont alors passées autour de deux cylindres chauffants 25 successifs 31 et 32 qui sont maintenus à une température plus élevée que celle du troisième groupe, le quatrième groupe de cylindres étant chauffé à Line température maximale optimale» Chacun de ces groupes de cylindres peut comprendre selon les circonstances trois ou quatre cylindres. 30 Bien que les cylindres successifs de chacun des groupes chauffants puisse être maintenu à une température commune, ils peuvent être chauffés à des températures différentes successivement croissantes. Mais, en pratique, la première mesure est favorable du point de vue d'une température plus 35 connue de chacun des cylindres groupés. Après terminaison du traitement thermique dars le sens ci-dessus pour éviter le rétrécissement possible des feuilles a orientations biaxiales et conservant ainsi leur stabilité diïïic-nsionneljle d'une manière opt imale, les feuilles sont %0 convoyées dans leur position superposée- et autour d'un guide 69 06127 7 2003280 stationnaire 33- Finalement,un séparateur fixe à couteau 34 est inséré entre les feuilles pourassurer leur séparation. Si la pression à laquelle les feuilles ont été soumises pendant le traitement est choisie assez modérée, l'opération de séparation est 5 facile à réaliser. L'une des feuilles séparées en 36 est alors passée autour de guides stationnaires ou de rouleaux tournants 37, 39, suivant le cas, d'une manière alternative ou successive, pour éliminer tous les plis de froissement et finalement, elle 10 est enroulée en bobine 40 autour d'un noyau tournant 40A. Une autre feuille séparée 35 est passée de manière similaire autour d'une série de guides stationnaires ou de rouleaux de guidage tournants 4l, 43 et finalement enroulée en bobine 44 autour d'un noyau 45. 15 La séparation des feuilles 34 et 35 est ef fectuée naturellement pendant que ces feuilles sont encore chaudes comme on le voit dans les dessins. Même si elles sont légèrement refroidies, elles peuvent être facilement séparées et avoir assez de stabilité dimensionnelle même si elles sont sou-20 mises à des efforts mécaniques au cours de la séparation pour autant que leurs surfaces de contact des deux feuilles ne sont pas trop refroidies. Même si la surface exposée de l'une des deux feuilles est considérablement plus faible que l'autre qui a naturellement une stabilité dimensionnelle accrue relativement à la 25 première. La préparation du tube continue peut être exécutée de telle manière que, pendant 11extrusion de la matière thermoplastique, la matrice à fente annulaire est maintenue en rotation, une irrégularité possible dans l'épaisseur de paroi du 30 tube est répartie sur la totalité du pourtour du tube, même après terminaison de l'étirage biaxial et du traitement thermique les'feuilles finies ayant une régularité d'épaisseur, de sorte que les feuilles de films continues ont une belle apparence même après enroulement sur des bobines respectives. 35 Selon, les circonstances, les feuilles sont traitées à chaud dans leurs conditions superposées de la manière mentionnée ci-dessus à travers des étapes de chauffage successives, mais avec des pressions de traitement accrues de manière à obtenir une feuille de film double. Dans ce cas, le séparateur de bord à kû couteau 34, peut être supprimé. La feuille double est naturelle 69 06127 B 2003280 ment enroulée en un seul rouleau au lieu de deux. Lorsqu'on utilise du polypropylène comme matière en tube extrudée, gonflée et applatie pour* constituer la matière à traiter orientée biaxialement pour la pratique de 5 l'invention. Les groupes de cylindres chauffants peuvent de préférence être chauffés à 80° C, 100° C, 115°C, .135° C et 1^5° C respectivement lorsque les groupes ont cinq cylindres. Si le tube orienté biaxialement est du poly-éthylène à haute densité et qu'il y ait quatre groupes de cylin-10 dres, les températures croissantes successivement peuvent être de 80° C, 100°C, 115° C, et 124° C respectivement. Les feuilles de film de chlorure de polyvi-nyle préparées à partir du tube continu peuvent être traitées à chaud en trois stades, de préférence à 75° C, 90°C et 115° C 15 successivement. Les feuilles de film de polystyrène peuvent être traitées à chaud en quatre étapes, de préférence à 90°C, 105°C, 120°C et 130°C successivement. Les films de polyester peuvent être traités 20 de préférence en quatre étapes, avantageusement à 130° C, l60°C 175°C et 200° C. Le spécialiste peut aisément choisir le nombre de stades de traitement et les températures en étant guidé par les données ci-dessus pour une matière .synthétique thermo-25 plastique connue. Dans certaines circonstances, cepëndant, chacune des grandeurs indiquées ou le nombre de stades de traitement peut être augmenté. En accord avec les expériences pratiquées, on 30 a constaté qu'il se produit un rétrécissement transversal d'environ 5 à 7 % de la largeur des feuilles alimentées, lorsqu'on l'observe sur deux feuilles superposées comme indiqué ci-dessus. En conséquence, il est nécessaire de retarder la rotation de chacun des cylindres chauffants de traitement 35 relativement au suivant, de manière à permettre un rétrécissement longitùdinal d'environ 10 à 15 % de la longueur de la feuille. De cette manière, les feuilles de film traitées thermi-quement représentent une stabilisation dimensionnelle élevée dans les deux directions. En ce qui concerne l'aspect extérieur 40 de la feuille traitée, spécialement son aspect de poli-miroir, 69 06127 9 -> £ 0 ^ 7 p. fi la surface d'abord superposée et ensuite séparée a naturellement des caractéristiques désavantageuses relativement à celles de l'autre surface. Ce défaut peut être supprimé en faisant passer la feuille traitée et séparée entre une paire de cylindres de 5 calandrage chauffés. Bien que non représenté, cette feuille, même si elle n'est pas soumise à un calandrage, peut efficacement être utilisée poux la manufacture de papier synthétique. Si on désire réaliser une feuille plus épaisse, les deux feuilles ne sont pas séparées l'une de l'autre et passées à travers une pai-10 re de cylindres de pression chauffés. Cette opération a pour but d'évacuer la couche d'air intermédiaire des deux feuilles jointes. En traitant à nouveau cette feuille conformément à l'invention, on peut facilement obtenir une feuille plus épaisse. En répétant les opérations ci-dessus, on 15 peut obtenir un carton ayant l'épaisseur désirée, fait d'une superposition, de feuilles de film stabilisées dimensionnelle-ment et orientées biaxialement. D'après l'expérience pratique, la préparation de la matière en tube de la manière décrite peut être exécutée 20 à une vitesse rapide, par exemple 100-150 mètres/minute. L'opération de traitement technique conforme à l'invention peut être exécutée à une vitesse supérieure à la valeur mentionnée. Ainsi on peut instituer un procédé continu comprenant l'extrusion de matière synthétique en un tube, le refroidissement et le gonfle-25 ment de celui-ci et le traitement thermique de feuilles en deux plis suivi de l'enroulement en bobine, le tout étant réalisé à une vitesse d'aspiration telle que celle mentionnée plus haut. En conséquence, un tube épais de diamètre de 120 mm a été préparé par extrusion de résine thermoplastique 30 à travers une fente annulaire de matrice; à une vitesse de 20 m/ minute et refroidi à l'eau froide à 10°C. Le tube a alors été étiré par gonflage avec de la vapeur chaude, pour produire un allongement de 2, 7 fois et une extension transversale de 3 fois après quoi on a soumis le tube à un refroidissement à l'eau 35 froide et le tube a été applati. En coupant les bords au moyen d'une paire de couteaux, le tube a été transformé en deux feuilles de dimensions égales d'une largeur d'environ 55 cm. Ces feuilles ont été alimentées à la vitesse de 56 m/mn entre une paire de cylindres de pression, de manière à éliminer 1'humidité h0 puis elles ut- h c é r I*. ' *;r.e cc J et chacune a été sé- 8AD 0R1G1NA c-?:ée par passage dans uî" séchoir à tambour à 65° C au moyen d'tgu cl) au de de circulation » Ces feuilles, encore à l'état chaud, ont été superposées à nouveau et passées à travers une paire de rouleaux de pression de manière à entraîner l'air cota-5 pris entre elles. Les feuilles ont alors été passées, étant superposées, à travers une zone de chauffage à cinq stades comprenant 10 cylindres chauffants ayant un diamètre commun de 60 cm. Ces cinq groupes de cylindres étaient maintenus respectivement 10 à 80° par circulation d'eau chaude, 100°C, 115°C, 135°Oet l47°C • par circulation de vapeur. Après que les feuilles aient été soumises à une opération préparatoire de refroidissement, chaque feuille extérieure servant de support pour l'autre feuille, un courant 15 d'air froid a été injecté. On a obtenu ainsi, par le procédé de l'invention du produit de matière synthétique thermoplastique en feuilles de dimensions stabilisées avec orientation moléculaire biaxiale. EXEMPLES 20 Un tube continu de polypropylène de 0f l6 mm a sa surface exposée à un certain degré de refroidissement. La vitesse de déplacement des feuilles superposées et alternativement traitées à chaud a été de 56 m/mn, 53 m/mn, 53 m/mn, 51 m/mn et à nouveau 51 m/mn aux stades respectifs de traitement de manière à 25 permettre une contraction longitudinale d'environ 9 %• La contraction latérale totale mesurée après le traitement thermique a été de 10 %. En conséquence, la contraction totale mesurée dans deux dimensions a été de 18 %. 30 La feuille à deux plis traitée à chaud a été séparée en deux feuilles élémentaires dont chacune a été enroulée sur un noyau. Lorsque ces feuilles ont été soumises à un chauffage à 120° C pendant 2 minutes, elles ont montré une contraction bidimensionnelle de k à 5 %, ce qui signifie une stabilisation 35 de dimension très satisfaisante. Dans une autre expérience, la feuille à deux plis traitée à chaud a été passée directement, toujours à l'état chaud, à travers une paire de rouleaux de pression chauffés sous ' une pression de 100-kg/cm2 pour produire un filin composite, qui kO est très transparent et difficile à séparer en deux éléments. Cette 69 06127 11 2003280 feuille composite ayant une épaisseur de 1, 9^ mm une largeur de 50 cm et étant très résistant étant chauffé. L'expérience a été encore modifiée d'une manière telle que des feuilles à deux plis préparées comme ci-5 dessus ont été superposées et passées autour de plusieurs tambours ou cylindres chauffants maintenus à 1^7° C maximum et de la manière alternative exposée ci-dessus. Ensuite les feuilles à deux plis ont été passées entre une paire de rouleaux de pression chauffés sous une pression de 100-150 kg/cm2. La feuille 10 combinée ainsi obtenie avait une épaisseur de 0, 08 mm.Dans ce cas, aucune contraction latérale appréciable n'a été observée. On doit mentionner que les vitesses de rotation relatives et les températures relatives sont choisies pour permettre une relaxation ou une contraction bi-dimensionnelle 15 inférieure à 25 % pour obtenir la stabilité dimensionnelle désirée des produits. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres variantes» sans 20 pour cela sortir du cadre de l'invention. L'invention s'étend également aux produits en matière synthétique stabilisés dimensionnellement à l'égard d'une contraction transversale conforme à ceux obtenus par le procédé ci-dessus ou similaire. 69 06127 12 2003280 REVENDICATIONS l°)Procédé de traitement thermique de films de matière synthétique étirés dans deux dimensions et à orientation, procédé caractérisé par ce qu'on superpose entre elles deux 5 films eu feuilles et on les passe ensuite autour d'une série de cylindres chauffants disposés en groupes successifs et d'une manière alternative, ces groupes étant maintenus à des températures successivement croissantes et tournant à des vitesses successivement décroissantes, ce qui permet d'obtenir une stabilité 10 de dimension sans rétrécissement transversal. 2°) Procédé suivant la revendication 1 caractérisé par ce que chaque feuille constitue alternativement la feuille de support moins chauffée pour l'autre feuille plus chauffée. 15 3°) Les feuilles sont préparées à partir d'un ou plusieurs tubes de matière extrudée à travers une fente annulaire. 4°) Installation pour l'application du procédé ci-dessus ou similaire. 20 5°) Produits en matière s ynthétique stabilisés dimensionnellement à l'égard d'une contraction transversale conforme à ceux obtenus par le procédé ci-dessus ou similaire.