Brevet FR2003994A1 — publié le 19691114

-1" 2003994 69 07263 La présente invention concerne un dispositif de préhension servant à l'étirage de pellicules de résine thermoplastique, et particulièrement avantageux pour l'étirage biaxial des pellicules de polyamide linéaire synthétique. 5 Les deux côtés des pellicules en résine thermoplastique qui doivent être étirées biaxialement sont généralement pourvus de bourrelets pour empêcher la pellicule de glisser des dispositifs de préhension utilisés pour leur étirage ultérieur. On connaît également des dispositifs de préhension pour étirage 10 biaxial qui présentent des surfaces de préhension dentelées ou irrégulières pour retenir les deux côtés de la pellicule. En général, cependant, les polyamides ont des liaisons hydrogènes plus fortes que les autres résines thermoplastiques, ce qui rend difficile l'étirage biaxial des polyamides ou des 15 matériaux à base de polyamides copolymérisés au moyen de dispositifs de préhension classiques qui conviennent à l'étirage d'autres résines thermoplastiques. La raison en est qu'il faut une plus grande force pour étirer les pellicules de polyamide que pour étirer les autres pellicules en résine étirable 20 telles que les pellicules de polyester, polypropylène, chlorure de polyvinyle, chlorure de polyvinylidène, polystyrène, etc». La présente invention a pour but un dispositif de préhension permettant d'étirer des pellicules de résine thermoplastique telles que des pellicules de polyamide. L'étirage de ces pelli-25 cules nécessitant une force plus grande que l'étirage des autres résines thermoplastiques, un dispositif de préhension convenant aux pellicules de polyamide peut également convenir aux autres pellicules de résine thermoplastique sans modification importante. Le dispositif de préhension suivant l'inven-50 tion peut être utilisé pour l'étirage biaxial simultané de pellicules de polyamide ou d'autres résines thermoplastiques. De plus ce dispositif peut servir à l'étirage classique en deux temps de diverses pellicules de résine thermoplastique . L'étirage biaxial simultané des pellicules de résine thermo-. 55 plastique nécessite des forces de traction beaucoup plus grandes qu'un étirage classique en deux temps. Par exemple pour étirer biaxialement et simultanément une pellicule de polyamide (largeur 1/5 x 2 mètres; épaisseur 200yu) afin d'obtenir une pellicule étirée (largeur 2 mètres; épaisseur 22 yu), la force de 40 traction est de 50 kg par dispositif de préhension de sorte 69 07263 2 /003994 qu'en pratique, chaque dispositif de préhension doit autant que possible être capable de résister à un module de traction d'au moins ^50 kg. Les procédés d'étirage en deux temps sont loin de nécessiter une résistance mécanique aussi importante 5 de la part des dispositifs de préhension. Les dispositifs classiques de préhension utilisés pour étirer des pellicules de résine thermoplastique comprennent par exemple un tendeur du type à chevilles, un tendeur biaxial, etc.. Tous ces dispositifs de préhension sont métalliques et 10 comportent ou non des surfaces de préhension dentelées ou irrégulières afin de conférer à ces surfaces une résistance mécanique et un coefficient de frottement élevés. En outre, comme indiqué précédemment, les bords de pellicules brutes à étirer simultanément biaxialement sont généralement pourvus de bourre-15 lets dont l'épaisseur est sensiblement plus grande que celle de la pellicule, ce qui facilite la préhension. Ces bourrelets présentent cependant des inconvénients tels qu'une faible élasticité au début de la pellicule, une fabrication plus compliquée, un prix de revient plus onéreux, etc.. 20 L'utilisation de dispositifs de préhension métalliques présente en outre le gros inconvénient de donner lieu à une "préhension partielle". Par "préhension partielle" il faut entendre le phénomène qui se produit quand on étire -une pellicule le résine thermoplastique simultanément biaxialement, lorsque 2> l'épaisseur de la portion interne de pellicule saisie par le dispositif de préhension, c'est-à-dire le côté orienté vers la ligne médiane de la pellicule étirée, diminue progressivement de sorte que les surfaces de préhension du dispositif n'enserrent plus la pellicule disposée entre elles. Plus l'étirage 50 progresse, plus la surface augmente entre deux dispositifs de préhension et finalement la pellicule peut se rompre ou simplement glisser des organes de préhension. Il est évident que' dans une telle situation, la présence sur les surfaces de préhension d'éléments classiques dentelés 35 ou en forme de pince n'est pas souhaitable car de tels éléments agiraient comme des broches ou des tiges qui endommagent la surface de la pellicule. L'utilisation de surfaces métalliques de préhension doit donc être évitée, car ces surfaces métalliques ont un faible coefficient de frottement et une faible 40 élasticité de sorte qu'il leur est impossible de compenser les ,a A-.-,*-. ~3~ 2003994 69 07263 espaces entre la pellicule et les organes de préhension. La présente invention est basée sur la découverte qu'une surface de préhension élastique permet d'éviter le phénomène précité de "préhension partielle". Ainsi, en général, tout ma-5 tériau ayant une dureté (dureté Barcol, ASTM D-258J-67) ne dépassant pas la dureté de la résine thermoplastique à étirer peut être avantageusement utilisé comme surface de préhension. Il est surprenant qu'une surface de préhension dont la dureté ne dépasse pas celle de la pellicule à étirer suffise à surmonter 10 les difficultés précitées, même lorsqu'il s'agit d'une pellicule de polyamide (qui a des propriétés mécaniques robustes et une liaison hydrogène solide) qu'on étire simultanément biaxialement . Le dispositif de préhension suivant l'invention comprend au 15 moins deux pinces et des organes pour actionner ces pinces de manière qu'elles enserrent une pellicule de résine thermoplastique pendant son étirage, la surface d'au moins l'une des pinces qui vient en contact avec la pellicule de résine thermoplastique étant faite dans un matériau dont la dureté Barcol 20 ne dépasse pas celle des pellicules de résine thermoplastique à étirer. Le dispositif de préhension suivant l'invention peut être utilisé pour étirer n'importe quel type de pellicule en résine thermoplastique mais il convient particulièrement bien à l'éti-25 rage des pellicules en résine de polyamide qui nécessitent de plus grandes forces d'étirage que les autres pellicules de résine thermoplastique. Tout matériau élastique capable de se conformer à la déformation de surface de la pellicule pendant l'étirage peut convenir 30 au dispositif de préhension suivant l'invention. Parmi les matériaux les plus avantageux il faut citer le caoutchouc et les matières plastiques. La limite inférieure de la dureté Barcol est de préférence voisine de 10 lorsqu'il s'agit d'étirer une pellicule de polyamide. Cette limite inférieure peut varier 35 suivant le type des pellicules à étirer mais elle se situe avantageusement aux environs de 5» Une dureté inférieure à cette valeur ne donne pas de bons résultats en raison de sa faible résistance mécanique et en particulier de sa faible résistance à l'usure. En résumé, tout matériau ayant une dureté Barcol qui 40 ne dépasse pas celle de la pellicule à étirer et possédant des 69 07263 -4- 2003994 qualités mécaniques appropriées, telles qu'une bonne résistance à l'usure peut convenir au dispositif de l'invention. Il n'est pas nécessaire que les surfaces de ce dispositif soient irrégulières. Des surfaces dentelées ou en forme de pin-5 ces sont même peu souhaitables. Il est suffisant qu'au moins l'une des deux surfaces de préhension soit faite dans un matériau élastique. Il est avantageux que la surface de préhension soit arrondie et comporte une portion plate sans saillies dentelées ni autres projections ne pouvant être d'aucune utilité. 10 Un procédé d'étirage biaxial simultané de pellicules de polyamide est décrit dans le brevet anglais n° 1.110.623. Ce procédé utilise une pellicule de polyamide sensiblement amorphe qui est étirée simultanément biaxialement à une température allant de 70°C à 180°C de façon telle que le rapport de la vitesse d'éti-15 rage dans le sens longitudinal et de la vitesse d'étirage dans le sens transversal soit de l'ordre de 0,5 à 2,0. Simultanément le rapport de l'épaisseur de la pellicule étirée et de la pellicule non étirée est maintenu dans l'ordre de 0,25 à 0,05. Ultérieurement, si on le désire, on durcit la pellicule étirée à une 20 température allant de 120°C à 210°C. Ii'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen des dessins annexés qui représentent à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation de l'invention. 25 La Fig. 1 est une vue schématique en plan d'une machine pour l'étirage biaxial simultané d'une pellicule; la Fig. 2 est une vue eivélévation d'un dispositif de préhension suivant l'invention; la Fig. 3 est une vue en coupe de l'une des pinces de ce dis-30 positif. Sur la fig. 1, on a représenté une pellicule 1 de poly- S -caproamide sensiblement amorphe, d'une épaisseur de 200^1 qu'on étire simultanément biaxialement suivant le procédé décrit dans le brevet anglais n° 1.110.623 précité pour obtenir une pelli— 35 cule étirée, finalement agrandie 3 fois dans le sens transversal et dans le sens longitudinal. Une paire de pinces 2, qui comporte une pince supérieure 2a et une pince inférieure 2b doit pouvoir résister à une force de traction au moins égale à 50 kg environ. Les pinces doivent pouvoir résister à une force d'étirage ana-40 logue lorsqu'on étire des pellicules de polyamide autres qu'une 69 07263 -5- 2003994 pellicule de poly- £ -caproamide. Pour résister à la force d'étirage précitée et pour empêcher la pellicule de glisser d'entre les pinces supérieure 2-a et inférieure 2-b, la pression de serrage exercée sur la pellicule 5 doit être importante en raison du coefficient de friction statique entre la surface de la pince et la surface de la pellicule et de l'effort de traction maximal des organes de préhension. Lorsqu'on étire simultanément biaxialement une pellicule de poly-G-caproamide au moyen de pinces 2-a et 2-b faites en mé-10 tal et ayant une surface de contact 4- circulaire et lisse, d'un diamètre de 20 mm, les pinces doivent exercer sur la pellicule une pression supérieure à 150 kg pour enserrer fortement la pellicule pendant l'étirage. Lorsque les dispositifs de préhension 2 ont un coefficient de 15 frottement supérieur à celui de la pellicule, la pression exercée par les pinces peut être réduite à 70 kg environ. Du fait que les dispositifs de préhension doivent présenter une résistance à la traction plus grande et exercer une pression plus forte sur la pellicule pendant l'étirage, les dispo-20 sitifs classiques de préhension donnent lieu à divers inconvénients tels qu'un serrage partiel de la pellicule ou sa rupture au voisinage des dispositifs de préhension. Ils ne peuvent donc être utiliser pour fabriquer des pellicules de polyamide étirées avec un bon rendement. Le dispositif de l'invention éli-25 mine ces problèmes. Pour éviter un serrage partiel de la pellicule, on répartit uniformément la pression sur les deux faces de la pellicule non-étirée au moyen du dispositif 2, la surface de préhension de l'une au moins de pinces 2-a et 2-b ayant une élasticité et une flexibilité suffisantes pour que la sur-30 face de préhension proprement dite se déforme en fonction de l'épaisseur irrégulière de la pellicule ou du serrage irrégulier, le contact de la surface de préhension avec la pellicule s'effectuant sous une pression uniforme. On peut également fabriquer une pellicule régulière avec un 35 bon rendement par étirage biaxial simultané en utilisant un dispositif de préhension dans lequel la surface d'au moins l'une des pinces est faite dans un matériau ayant une dureté Barcol ne dépassant pas celle de la pellicule de polyamide et en contact uniforme avec la surface de préhension. Comme maté-40 riaux appropriés ayant une dureté Barcol ne dépassant pas celle 6 5 10 15 20 23 30 35 40 07263 -6- 2003994 d'une pellicule de polyamide, on peut citer par exemple les caoutchoucs, les résines synthétiques, les tissus, l'amiante, etc.. les modules de traction de ces divers matériaux ont été mesurés d'après l'échelle de dureté Barcol GYZJ 936 de la Société Barcol Colman Co (U S A) qui augmente progressivement et de façon continue avec l'élévation du module de traction. Les dispositifs de préhension suivant l'invention peuvent être faits dans de tels matériaux. Comme représenté sur la figure 3, la surface de la pince métallique 2b est recouverte avec un revêtement 3 fait dans un des matériaux précités. L'épaisseur de ce revêtement peut être de 2 à 3 mm environ. Le Tableau ci-après montre la relation qui existe entre le matériau recouvrant le dispositif de préhension, la dureté Barcol de ce matériau (mesurée à 20°C) et le nombre de fois qu'une rupture se produit pendant l'étirage. Surface de la Surface de la Rupture/100,000 m pince supérieure pince inférieure Matériau dureté Matériau dureté Poly-£ - Poly-11- capro- undecan-amide amide Acier inoxydable 100 Acier inoxydable 100 28 30 Acier SS41 100 Acier SS41 100 30 30 Cuivre 100 Cuivre 100 23 26 Alttaiaium '100 41 umi ni tiai 100 20 28 Résine phénolique o o Eésine phénolique 100 5 8 Eésine de polyester 90 Eésine de polyester 90 2 3 polycarbonate 76 Polycarbonate 76 0 0 Poly- S -caproamide i 78 Poly- £ -caproanide 78 0 0 Caoutchouc A 20 Caoutchouc A 20 0 0 Caoutchouc B 15 Caoutchouc B 15 G 0 Caoutchouc C 10 Caoutchouc C 10 0 0 Caoutchouc C 10 Caoutchouc C 10 0 0 Acier SS41 100 Caoutchouc A 20 0 0 Acier SS41 100 Poly-£-caproamide Î 78 1 2 Les pellicules auxquelles se rapportent les essais du Tableau ci-dessus ne comportent pas de bourrelets de bordure. On étire simultanément biaxialement une pellicule sensiblement amorphe de poly-g: -caproamide d'une épaisseur de 200yu. environ, à une vitesse d'étirage de 20,000 %/min. à une température 69 07263 2003994 de 90°C pour obtenir une pellicule étirée approximativement trois fois dans les deux sens. Le rapport des vitesses d'étirage est maintenu de l'ordre de C-,8 à 1,2 environ. De la même façon, on étire simultanément biaxialement une J 5 pellicule sensiblement amorphe de poly-11-aminoundécanamide ayant une épaisseur de 150yU environ, à une vitesse d'étirage de 17,000 % min à une température de 100°C pour obtenir une pellicule étirée trois fois environ dans le sens longitudinal et dans le sens transversal. On maintient le rapport des vi-10 tesses d'étirage de l'ordre de 0,8 à 1,2. Les dispositifs de préhension utilisés dans ces diverses opérations d'étirage sont circulaires, ont un diamètre de 20 mm et des surfaces de préhension lisses. La dureté Barcol du poly- £> -caproamide avant étirage est d'environ 78 et celle du poly-11-aminoundecanamiae 15 avant étirage est d'environ 75» On peut ainsi obtenir une pellicule uniforme sans rupture pendant l'étirage, au moyen d'un dispositif de préhension suivant l'invention dans lequel la surface de préhension de l'une au moins des pinces est faite dans un matériau ayant une dureté 20 Barcol ne dépassant pas celle de la pellicule non étirée, c'est-à-dire me dureté Barcol de 80 environ. La forme de la surface de préhension n'est pas critique. Elle peut être carrée ou pentagonale, comme dans les dispositifs classiques. Cependant, du fait que les surfaces de préhension 25 carrées ne conviennent pas à l'étirage biaxial simultané des pellicules de polyamide et donnent souvent lieu à un serrage partiel, il est plus avantageux d'utiliser des dispositifs de préhension à surface circulaire. Les exemples suivants sont donnés à titre non limitatif. 30 ETCFiMPLE 1 On extrude du poly- £ -caproamide ayant une viscosité relative de 2,7 dans de l'acide sulfurique à 96 % à, une température de 25°C pour obtenir des pellicules sensiblement amorphes ayant une largeur de 60 cm et une épaisseur de 225et de 135 ^ res-35 pectivement. On étire simultanément biaxialement les pellicules extrudées à une vitesse d'étirage de 20,000 %/min. environ dans une atmosphère ayant une température de 100°C pour obtenir des pellicules étirées agrandies 3 fois dans le sens longitudinal et 40 dans le sens transversal. On maintient le rapport des vitesses 69 07263 -8- 2003994 d'étirage au voisinage de 1. Les dispositifs de préhension utilisés dans cet exemple sont circulaires et ont un diamètre de 30 mm. A) On utilise une paire de pinces de préhension dont la pince 5 supérieure est en acier inoxydable (dureté Barcol : 100) et dont la pince inférieure est recouverte de caoutchouc (dureté Barcol 20) « B) On utilise une paire de pinces de préhension dont les pinces supérieure et inférieure sont en acier inoxydable (dure- 10 té Barcol : 100). Dans le cas A, on étire des pellicules ayant respectivement une épaisseur de 225ja et 135 à line longueur de 100,000 m sans que la pellicule se rompe. Dans le cas B, on étire une pellicule d'une épaisseur de 225^1 à une longueur de 100,000 m, et 15 des ruptures se produisent 20 fois sur cette longueur. Lorsqu'on étire une pellicule ayant une épaisseur de 135/U & une longueur de 100,000 m, des ruptures se produisent 22 fois sur cette longueur. EXEMPLE 2 20 On extrude un polyamide copolymérisé, d'une viscosité relative de 2,8 mesurée dans de l'acide sulfurique à 96 % à une température de 25°C, préparé par copolymérisation de 5 moles % d'acide 11-aminoundecanoïque avec 95 moles % de g, -caproamide pour obtenir une pellicule sensiblement amorphe d'une largeur de 25 60 cm. On enserre les bords externes de la pellicule extrudée dans une pluralité de dispositifs de préhension comportant chacun une surface de préhension circulaire de 20 mm de diamètre recouverte avec du caoutchouc (dureté Barcol : 15). Ces dispositifs de pré-30 hension servent à étirer la pellicule simultanément biaxialement à une vitesse d'étirage de 20,000 %/min. dans une atmosphère ayant une température de 120°C pour obtenir une pellicule étirée agrandie 3 fois dans le sens longitudinal et dans le sens transversal. On maintient le rapport des vitesses d'étirage de l'or-35 dre de 0,8 à 1,0. On enroule une longueur de 100,000 m de pellicule étirée, à une vitesse de 60 m/min. sans qu'il se produise de rupture de la pellicule. EXEMPLE 3 40 On extrude du poly- £ -caproamide d'une viscosité relative de 69 07263 -9- 2003994 2,7 pour obtenir une pellicule sensiblement amorphe d'une épaisseur de 225jo. et d'une largeur de 60 cm. On enserre les bords externes de la pellicule extrudée dans une pluralité de dispositifs de préhension circulaires de 20 mm 5 de diamètre qui comportent chacun une pince supérieure dont la surface de préhension est en acier SS41 d'une dureté Barcol de 100, etune pince inférieure dont la surface de préhension est recouverte de caoutchouc d'une dureté Barcol de 20, et on étire la pellicule simultanément biaxialement à une vitesse d'étirage 10 de 24,000 %/min„ environ dans une atmosphère ayant une température de 140°C pour obtenir une pellicule étirée, agrandie 3 fois dans le sens longitudinal et 3,5 fois dans le sens transversal. Le rapport des vitesses d'étirage est maintenu de l'ordre de 0,8 à 1,5. 15 On enroule une longueur de 100,000 m de la pellicule étirée biaxialement, à une vitesse de 80 m/min. sans qu'il se produise de rupture de la pellicule. EXEMPLE 4 On extrude du poly-£-caproamide d'une viscosité relative 20 de 2,7 pour obtenir tine^ellicule sensiblement amorphe d'une largeur de 70 cm et d'une épaisseur de 300^1. On enserre les bords externes de la pellicule extrudée dans une pluralité de dispositifs de préhension circulaires ayant un diamètre de 30 mm et une surface de préhension recouverte 25 d'une résine de polycarbonate d'une dureté Barcol de 76 environ. On étire la pellicule simultanément biaxialement à une vitesse d'étirage de 20,000 %/min. dans une atmosphère ayant une température de 150°C. Le rapport des vitesses d'étirage est maintenu de l'ordre de 0,8 à 1,2. 30 On enroule une longueur de 50,000 m de la pellicule étirée biaxialement, à une vitesse de 40 m/min. sans qu'il se produise de rupture de la pellicule. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux exemples décrits et représentés, elle est susceptible de nombreuses 35 variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans qu'on s'écarte pour cela du cadre de l'invention. 69 07263 -10- 2003994 - Ik,VENUlCATIONS - 1 - Dispositif de préhension destiné à l'étirage de pellicules de résine thermoplastique, qui comprend au moins deux pinces et des organes pour actionner les pinces afin qu'elles 5 enserrent une pellicule de résine thermoplastique pendant l'étirage, la surface de l'une au moins desdites pinces qui vient en contact avec ladite pellicule étant faite dans un matériau ayant une dureté ne dépassant pas celle des pellicules à étirer. 2 - Dispositif suivant 1*lans lequel la dureté précitée est 10 une dureté Barcol (établie par la Société dite Barcol Colman C° U S A) et est supérieure à 5. 3 - Dispositif suivant 1 ou 2 dans lequel la dureté Barcol du matériau précité est inférieure à celle des matières thermoplastiques, à étirer. 15 4 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le matériau précité se présente dans la pince sous forme d'un revêtement qui recouvre un support de dureté Barcol plus grande. 5 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 20 précédentes dans lequel le matériau précité est une résine synthétique, un tissu, de l'amiante ou du caoutchouc. 6 - Dispositif suivant 1'vue quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit dispositif comprend deux pinces opposées, les surfaces de chacune desdites pinces qui viennent 25 ©n contact avec la pellicule de résine thermoplastique ayant me dureté Barcol qui ne dépasse pas celle de la résine thermoplastique à étirer. 7 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel l'une au moins des surfaces des pinces 30 qui viennent en contact avec la pellicule est de fcrnie ronde. S - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel les surfaces des pinces qui viennent en contact avec la pellicule sont sensiblement plates.» 9 - Pellicules de résine thermoplastique étirées au moyen 35 d'un dispositif tel que décrit dans l'une quelconque des revendications précédentes. 10 - Pellicules de résine thermoplastique suivant 9 qui comprennent les résines de polyester, de polypropylène, de chlorure de polyvinyle, de chlorure de polyvinylidène, de polystyrène ou 40 de polyamide. 69 07263 -11- 2003994 11 - Pellicules de résine thermoplastique suivant 9 qui comprennent des résines de poly- £ -caproamide ou de poly-11-aminoundecanamide.