Brevet FR2003259A1 — publié le 19691107

, 2003259 Lr. présente invention concerne le préparation de polymères th..:-rmop3_a3tiques sou." forme d''inc pellicule• Plus spécialement, la présente invGntioîjfconcerne le traitement de pellicules de :n-tièr-:-:; polymères oreauieu-u: H;hermoplas tique s .xtrudée-s à 3 l'ét-t fondu, mesure qu'elles- sont couléee sur une surface de refroidisseaent mobile o- mesure qu'elles oont tr-nsportées âpre.:* le c tr.de de refroidissement. Lorsqu'une- fixrvion électrostatique eet utilisée pendrnt le à a .de de- refroidissement, la pellicule fondue passe générale lement de 1' orifice d ' extru-'ion à proximité :11 ime électrode au moins, m-: it à l'écart de oer;e dernière, qui est maintenus à un potentiel positif élevé par rapport à lu masse. Le champ électrostatique engendré par- le gradient non uniforme ■ distension à la eurf^c.: de l'électrode provoque une décharge ionisante limitée 15 au voisinage de l'électrode qui se traduit par le dépôt d'une charge électrostatique sur la pellicule,qui est suffisante pour attirer sicctroftntiçuement la pellicule sur la surface de refroidie,'- -Haenu mobile et pour l'y fixer fermement. Outre la manipula-ion aisée de la pellicule pendant le refroidissement ot 1--2G durcissement, l'attraction éle ctroexatique contre la surface de refroidir cernent de lu pellicule qui vient- d'être extrudée aide t conférer d-. -s caractéristiques superficielles avantageuses à la pellicule. Toutefois, l'application d'une fixation électrostatique à 25 la coulée en continu de pellicule.? matière plastique n'est pas sans difficulté, comme on peut s'en rendre compte en se .référant en particulier à la production de pellicules de polyesters (et plus spécialement de t-ré-phtalaèe de polyéthylène). La première difficulté, et peut-être la plus importante,est la vie en 50 service relativement courtc de l'électrode de fixation. Par exemple, dans un procédé du commerce typique destiné à fabriquer une pellicule de téréphtalate de polyéthylène de 71,12 mm de largeur et d'une épaisseur de 0,023368 mm, , un fil d'acier inoxydable de 152 à 203 microns excité à un potentiel 35 moyen d'environ 6,5 kilovolts doit être changé toutes les 7 à 8 heures, chaque chr •* «gement de fil métallique nécessitant un arrêt de tout le processus d'une durée de 15 à 20 minutes. La perte du point de vue économique occasionnée par- ces arrêts BAD ORIGINAL 69 06013 2 2003259 répétés est importante. La. principale raison de cette nécessité de remplacer fréquemment le fil métallique de fixation est due au fait que la pellicule, et en particulier une pellicule de polyester fondu , 5 qui ... sr ertrud'-'depuis un orifice d1 extrusion, lêyr.gè des v.---peur.;, principalement de polymère décomposé , de polymère à t.1-: poids moléculaire et d'acide téré-phtalique à 3.'état libre. Ln fonctionnornent normal, la "cemperrture du fil métallique de fixa'; ion ecc considérablement. inférieure h celle à laquelle 10 ces v.-.jeurs s3 coniem^rd. Par csnmple, dans le ers de vapeurs engendréos p.:r le térépht-rl^te c!e polyéthylène, l'acide té-réphta-liauo propi - u;nt dit se cont':ise à une température inférieur» à 200° 3 environ, le- -grimère à 315°C environ et divera oligomères linéaires à des températures comprises entre 220° et 235°C. 15 Ainsi, il et produit m: ,'épôt des constituants de ces vapeurs sur le fil m 35 fil métallique de fixation au-dessus de la surface de refroidissement jusqu'à une température cle/520°C permat d?opér.,r à la même vitesse linéaire pendant 36 heures, ou plus, evant qu'i3. • soit : .aessaire de remplacer le fil métallique de fixetion. BAD ORIGINAL 69 06013 3 2003259 Kormif; les économies qui peuvent etr^ réalisées par suite de la plus grande duré:, de fonctionnement entre les changements do l'électrode de fixation, le chauffage de 1'électrode de fixation offre des avr-ntrges supplémentaires et il convient de noter 5 que ces avantages sont obtenus même si les vapeurs condensables ne posent pas de problèmes. Par exemple, dpns une opération de refroidissement classique utilisant une électrode non chauffée, la tension, de ces électrodes doit Stre accrue si l'on désire augmenter la charge appli-10 quée à la surface de la pellicule. Ifeis si la tension est accrue, l'électrode doit être disposée à une plus grande distance de la filière d'extrusion ou de la surfrce do refroidissement, ou des deux, pour éviter un plus grand risque d'amorçage d'un orc ; cependant, l'écartement de l'électrode augmente le degré de resse-15 rement de la pellicule en cours d'extrusion sur la surface de refroidissement mobile, ce qui est également indésirable. Contrairement à ce oui précède, une électrode chauffée chauffe l'pir qui l'entoure. Ceci augmente la distance comprise entre les molécules d'air,en permettant une accélération des 20 électrons en direction do l'électrode présentant unu charge opposée, de façon qu'ils aient un libre parcours moyen plus long, en augmentant ainsi leur niveau d'énergie. A ce niveau d'énergie plus élevé, un plus grand nombre de paires d'ions sont produites par collision entre les électrons et les molécules de l'air. 25 "Ainsi, on obtient une ionisation plus complète de l'air entouraïit l'électrode, et il devant possible de déposer une plus forte charge sur la surface de la pellicule à une tension donnée. l'ionisation plus complète de l'air entourant l'électrode de fixation donne également une plus faible tension à laquelle'' 30 le seuil de fixation se produit, ce qui peut être avantageux si des difficultés dues à l'amorçage d'un arc se présentent lorsqu'on utilise une surface de refroidissement mobile mise électriquement à la masse., D'autr-egfivantrges et caractéristiques de l'invention res-35 sortiront de la description qui va suivre faite en regard du dessin annexé et donnant à titre explicatif, mais nullement limitatif, une forme de réalisation de l'invention. „ BAD ORIGINAL Sur ce dessin : OR1GINAI 69 06013 . 2003259 la figure 1 est une vue schématique en perspective montrant une forme de réalisation de lr.présente invention appliquée à une électrode de fixation électrostatique en utilisant un tambour de refroidissement mobile • et 5 la figure 2 est un schéma de montage de l'appareil de la figure 1. En se référant maintenant à la figure 1, une filière d'ex-trusion 10 mise a la masse, comme indiqué en 11, est disposée à une courte distance dlm tambour do coulée 13, par exemple à une 10 distance/r25 à 76 mm. le tambour de coulée 13 présente une surface parfaitement polie qui peut être de l'acier au chrome, ou autre, métal, ou bien une surface isolante, par exemple une surface enduite de polyéthylène ou d'une autre matière plastique, et il est supporté par des paliers isolés (non représentés), le tam-15 bour de coulée 13 peut contenir le système habituel à liquide de refroidissement (non représenté), et peut être mis en rotation à la vitesse voulue par un moyen approprié (également non représenté) . le toi-ibour de coulée 13 peut être mis à la masse, comme 20 indiqué en 14, lorsque la résistance hypothétique 15 représentée en pointillé ne fait pas partie du circuit, ou bien il peut être mis à une tension appréciable, par exemple une tension positive de 10 volts à 2 kilovolts environ par rapport à la masse, ce qui, en fait, se traduit par ui^onctionnement du tambour de cou-25 lée 13 à un "potentiel variable", auquel cas la résistance 15 3 fait partie du circuit. Ceci empêche l'amorçage d'un arc entre l'électrode de fixation 16 et le tambour de coulée 13 lorsque | ë les conditions ambiantes au vojsinage de l'électrode 16 changent, de manière à s'approcher du niveau favorisant l'amorçage d'un 30 arc, ce qui pourrait avoir pour conséquence d'endommager la pellicule 12 en cours de coulée. Une électrode 16 de fixation est disposée à une courte distance de la pellicule 12, entre la filière d'estrusion 10 et le tambour de coulée 13. l'électrode 16 est représentée sous forme 35 d'un seul fil métallique tendu entre deux supports isolés 17 et 18, montés d.'une façon appropriée (par des moyens non représentés), mais l'électrode de fixation peut comprendre un seul fil métallique pointu, plusieurs fils métalliques pointus., par \. BAD ORIGINAL 69 06013 _ 2003259 exemple une paire d'électrodes sous forme de fil métallique pointu montées d'une façon appropriée au voisinage dey "bords de la pellicule 12, ou un grand nombre de fils métalliques pointus disposés sous forme d'une ou plusieurs rangées perpendiculai-5 rement à la figure, une électrode en forme de lame de couteau, etc. La borne positive d'une source 19 d'alimentation en courant continu à haute tension est connectée à l'électrode 16 et sa borne négative est mise à la masse, comme indiqué en 20. Le potentiel élevé, par exemple de 2 kilovolts à 30 kilo-10 volts environ, appliqué à l'électrode de fixation 16 engendre un gradient de tension raide entre l'électrode et la pellicule 12 et, l'air se trouvant au voisinage de l'électrode étant ionisé, les ions chargés positivement de l'air transfèrent une charge à la pellicule 12. Lorsque la pellicule chargée 12 atteint 15 le tambour de coulée 13, elle est fermement attirée électrostati-auement contre le tambour et, étant donné que la pellicule est relativement molle à ce stade, et que le tambour de coulée 13 présente une surface hautement polie, cette attraction sert également à donner à la pellicule une surface parfaitement polie. 20 Lorsqu'on opère suivant la présente invention, on peut chauffer 1'électrode de fixation 16 en y appliquant une tension depuis mie source 21 de faible tension alterna.tive. La tension appliquée est suffisante pour porter la température de l'électrode de fixation 16 au-dessus de la température de condensation des 25 vapeurs engendrées par le polymère fondu en cours d'extrusion'à partir do l'orifice 10. A If: si, par exemple, au cours de la fabrication d'une pellicule de téréphtalate de polyéthylène, l'électrode de fixation est chauffée d'une façon générale jusqu'à une températurs supérieure à 250°C environ, et de préférence comprise 30 entre 275°C et 350°C environ. La température minimale à laquelle 1'électrode de fixation doit être chauffée, lorsqu'on traite un polymère particulier quelconque, peut être facilement déterminée en chauffant le polymère jusqu'à la température à laquelle il est extrudé, et en détectant 35 ensuite la température de condensation de toutes vapeurs dégagées. Sien que le moyen de chauffage représenté sur la figure 1 soit électrique, on peut avoir recours à n'importe quel autre moyen approprié. Ainsi., ou peut chauffer l'électrode de fixation par- PAO ORIGINAL 69 06013 2003259 conduction ou convection à l'aide d'un moyen de chauffage différent d'un moyen électrique, par exemple en faisant circuler un liquide chauffé à travers une électrode creuse en lame de couteau. D'une façon analogue? en connaissant la longueur, le dia-5 mètre et la composition de l'électrode de fixation utilisée, on peut facilement déterminer la tension nécessaire pour chauffer l'électrode jusqu'à la température voulue dans n'importe quel cas particulier. On a souligné ci-dessus en particulier l'application de 10 l'électrode de fixation chauffée en liaison avec le stade de refroidissement. Cependant, chaque fois qu'une pellicule est réchauffée pendant se fabrication, par exemple par frottement le long de ses bords, tandis qu'elle est transportée, ou par chauffage si elle est allongée, il peut se produire une exsuda-15 tion des vapeurs condensables. Ainsi, les spécialistes se rendront compte que le chauffage de l'électrode de fixation peut donner des résultats avantageux lorsqu'on utilise une fixation électrostatique dans la fabrication d'un^ellicule de matière plastique. 20 Sur la figure 2, la bonne positive de la source 1.9 d'ali mentation en courant continu à haute tension est connectée à l'électrode de fixation 16, et sa borne négative est mise à la maese, comme indiqué en 20. l'électrode de fixation 16 èst montée en série avec la sortie d'un transformateur d'isolement 25 21 qui fournit le courant nécessaire pour chauffer l'électrode 16 à la température élevée voulue. Du côté de l'enroulement primaire du transformateur 21, un moyen de commande approprié 22, par exemple un redresseur commandé au silicium, ou un auto-t transformateur du type Yariac, peut être utilisé, >si on le 30 désire (bien qu'un tel moyen de commande ne soit pas indispensable), pour faire varier la tension appliquée au transformateur 21. Ceci permet de faire varier lr. tension aux bornes de l'électrode de fixation 16 au cas où sa longueur, son diamètre or. sa composition changent. Un ampèremètre 23 peut être égale-35 ment utilisé, si on le désire, du coté de l'enroulement primaire du transformateur 21 pour mesurer les variations d'intensité. naturellement, on peut avoir r^cour-: à d'autres moyens BAD ORIGINAL ■f, « 69 06013 ^ 2003259 électriques appropriés, en dehors de ceux représentés sur la figure 2, pour chauffer l'électrode de fixation 16 et il est "bien' entendu que la présente invention n'est pas limitée au montage particulier représenté. 5 les exemples suivants sont donnés à titre illustrâtif, mais - non limitatif, de l'invention. le premier de ces exemples illustre un procédé classique pour préparer une pellicule de polyester d'une largeur de 71>12 cm et une épaisseur de 0,023368 mm, , c'est-à-dire un pro- 10 cédé dans lequel on utilise lui fil métallique de fixation non chauffé. Exemple 1 On extrude la charge du polymère de tétéphtalate de polyéthylène fondu préparé par transestérification du téréphtalate 15 de diméthyle ot de l'éthylène glycol et par polymérisation ultérieure, et ayant une viscosité intrinsèque de 0,55 à 0,67, à partir d'une filière d'extrusion classique à une température de 275°C et à raison de 495 kg/h^ure sur un tambour de coulée à surface d'acier au chromo hautement polia.On maintient ce tambouj 20 à une température de la surface d'environ 25 à 30°C en faisant circuler à travers lui de l'eau de refroidissement maintenue à 20°C et on le fait tourner à raison de 8,5 mètrespar minute, ce qui donne un resserrement de 22,2 mm entre la pellicule quittant 1'extrudeuse st la pelliculo à l'état coulé sur le tambour. 25 On tend fortement un fil d'acier d'un diamètre de 203 mi crons et d'une longueur de 81,3 cm environ à 19 mm au-dessous des lèvres de la filière d'extrusion, à 15*9 mm de la surface de la pellicule s'approchant du tambour de coulée et à 2,5 mm de la ligne le long de laquelle la pellicule extrudée vient 30 au contact du tambour de coulée. On connecte ce fil métallique de fixation à la borne positive d.'une source d'alimentation en courant continu par l'intermédiaire d'un fil convenablement isolé, la borne négative de la source d'alimentation et le tambour de refroidissement sont mis à la masse. On applique une tension de 35 6,5 kilovolts au fil métallique de fixation qui applique à son tour une charge suffisante à la pellicule pour la fixer fermement sur le tambour. On produit la pellicule ayant les caractéristiques superficielles voulues pendant 8 heures, au bout desquelles BAD ORIGINAL 69 06013 8 2003259 les défauts de la surface augmentent à tel point que la pellicule devient inacceptable. Ces défauts sont attribués aux dépôts qui se soni/accumulés sur le fil métallique de fixation qui est alors à remplacer. Dans cet exemple, on suit le processus de l'exemple 1 ci-dessus dans tous les détails sauf un, à savoir qu'on chauffe le fil métallique de fixation jusqu'à une température de 320°C,en faisant passer à travers le fil métallique un courant d'une inten-10 sité de 1,5 ampère, à partir d'un transformateur d'isolement. 5 Dans ces conditions, le fil métallique de fixation présente une vie utile eqéervioe de 42 heures avant que les défauts de la surface de la pellicule nécessitent son remplacement. S i BAD ORIGINAL^ 69 06013 9 2003259 - PJWEEDICAJIOHS - 1) Procédé de préparation d'une pellicule dans lequel une pellicule d'un polymère thermoplastique est transportée par une surface mobile et est fermement maintenue sur cette surface par' 5 une charge électrostatique engendrée par une électrode placée à proximité de la pellicule, mais à distance de cette dernière, et dans lequel X& polymère engendre. des vapeurs condensables qui se rassemblent sur l'électrode et raccourcissent sa vie en service, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à maintenir 10 ladite électrode à une température élevée au-dessus de la température de condensation desdites vapeurs. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pellicule est une pellicule de téréphtalate de polyéthylène. 3) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce 15 que l'électrode est une électrode formée par un fil métallique. 4) Procédé selon la revendication 3» caractérisé en ce que l'électrode est chauffée par un courant électrique. 5) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite pellicule est une pellicule de téréphtalate de polyéthy- 20 lène fondu qui est extrudée sur une surface de refroidissement mobile. 6) Procédé selon la revendication 5» caractérisé en ce que ladite surface de refroidissement- est un tambour de coulée. 7) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce 25 que l'électrode est constituée par un fil métallique. 8) Procédé selon la revendication 7» caractérisé en ce que l'électrode est chauffée par un courant électrique. 9) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'électrode est chauffée jusqu'à une température supérieure à 30 250°C environ. 10) Procédé selon la revendication 7» caractérisé en ce que l'électrode est chauffée jusqu'à une température comprise entre 275°C et 350°0.