Brevet FR2027408A1 — publié le 19700925

La présente invention concerne un procédé de fabrication de pellicules en un polymère thermoplastique organique, Il a déjà été proposé de produire ces pellicules par un procédé selon lequel on extrude continuellement une pellicule de polymère thermoplastique organique fondu dans une direction descendante sous la forme d'un tube, on dilate le tube par gonflement, on fait passer le tube entre des éléments aplatisseurs qui aplatissent le tube et on refroidit le tube tandis qu'il est partiellement, mais pas complètement aplati par les éléments aplatisseurs à une température au-dessous de la température de fusion du polymère par contact avec des couches d'un liquide de refroidissement sur la surface des éléments aplatisseurs. Un procédé de ce type a été décrit dans le brevet britannique n0 1 093 018 et dans ce procédé connu on utilise des élé ment s aplatisseurs qui sont formés par deux cylindres refroidisseurs espacés disposés à la surface d'un bain de liquide de refroidissement de manière qu'ils tournent partiellement immergés dans ce bain. Le tube de pellicule lors de son passage de haut en bas entre les cylindres refroidisseurs est supporté et partiellement aplati, mais pas pincé par les cylindres. En même temps, le tube est refroidi par le liquide de refroidissement entraîné par la surface des cylindres lors de leur rotation à travers le bain de liquide de refroidissement. De cette manière, il a été possible de produire des pellicules d'une haute clarté et d'une haute résistance mécanique utilisables pour diverses applications telles que comme matière d1 emballage ou comme matière textile après fibriDSH tion de la pellicule. Pour qu'on obtienne une bonne qualité, la pellicule chaude doit etre refroidie très rapidement.A ce propos, le procédé connu, bien qu'ayant ltavantage de la simplicité, n'est pas entièrement satisfaisant parce que la quantité de liquide de refroidissement qui peut être entraînée par les cylindres refroidisseurs est limitée à une mince couche adhérente de liquide de refroidissement sur la surface des cylindres refroidisseurs. Par conséquent, les cylindres refroidisseurs ont seulement une capacité limitée de refroidissement, ce qui-interdit de grandes vitesses de production de la pellicule. De plus, la quantité de liquide de refroidissement sur les cylindres refroidisseurs est à peu près impossible à régler0 Diverses autres propositions ont été faites en vue d'un refroidissement suffisant de la pellicule.Par exemple, il a été proposé de faire entrer le tube ext#rudé chaud sans aplatissement préalable dans un bain de liquide de refroidissement, mais ceci a donné comme produit une pellicule sévèrement plissée. Il a été proposé aussi de refroidir le tube de pellicule en faisant passer le tube gonflé à travers un anneau ou dans un tube métallique qui refoule de 11 eau de refroidissement sur la surface extérieure du tube gonflé sous la forme d'un rideau cylindrique enveloppant d'eau En général, les techniques de refroidissement par eau comportant l'utilisation d'un anneau ou d'un tube d'eau dans lequel on fait passer le tube gonflé présentent llincon- vénient d'un manque de flexibilité en ce qui concerne le diamètre du tube gonflé qui peut ttre manipulé.Pour être efficace, l'anneau ou le tube doit fournir une chute ou un rideau uniforme d'eau sur la totalité de la surface extérieure du tube gonflé et, dans la pratique, cela signifie qu'un équipement particulier peut produire seulement une grosseur de tube gonflé et que de plus on ne peut tolérer qu'une faible variation ou pas de variation du tout du diamètre du tube gonflé durant le fonctionnement de l'équipement. De plus, quand l'eau de refroidissement est appliquée sur le tube gonflé au moyen de jets dirigés vers le tube, les variations locales dans la pression exercée par les jets d'eau sur la surface du tube gonflé provoquent des imperfections de surface dans le tube, La présente invention a pour but d'améliorer le refroidissement du tube gonflé d'une manière ne comportant pas les limitations ou les inconvénients des méthodes de refroidissement étudiées ci-dessus. L'invention fournit donc un procédé de fabrication de pellicules d'un polymère thermoplastique organique, selon lequel on extrude continuellement une pellicule de polymère thermoplastique organique fondu dans une direction descendante sous la forme d'un tube, on dilate le tube par gonflement, on fait passer le tube gonflé entre des éléments aplatisseurs qui aplatissent le tube, on refroidit le tube tandis qu'il est partiellement, mais pas complètement aplati par les éléments aplatisseurs à une température audessous de la température de fusion du polymère par contact avec des couches d'un liquide de refroidissement qu'on fait arriver de force à la surface des éléments aplatisseurs. Chaque fois qu'on dit ici quton fait arriver de force liteau de refroidissement à la surface des éléments aplatisseurs, cela veut dire que le liquide de refroidissement arrive sous l'action de la pesanteur ou de forces hydrauliques, par opposition avec le cas où le liquide de refroidissement est présent sous la forme d'une couche mince adhérente, comme par simple immersion des éléments aplatisseurs dans un bain de liquide de refroidissement. Les couches de liquide de refroidissement peuvent etre formées par un écoulement par gravité de liquide de refroidissement sur la surface des éléments aplatisseurs résultant de ce que des courants de liquide de refroidissement sont pulvérisés ou versés autrement sur la surface des éléments aplatisseurs à des endroits au-dessus de la zone de contact avec le tube gonflé. Les surfaces des éléments aplatisseurs peuvent titre subdivisées en emplacements multiples avec entre eux plusieurs canaux ou rainures de manière que le liquide de refroidissement reçu par la partie supérieure des éléments refroidisseurs soit guidé par ces canaux ou rainures vers chacun des emplacements pour qu'on obtienne des couches uniformes de liquide de refroidissement sur la surface entière des éléments aplatisseurs.Ces emplacement et canaux peuvent etre formés, par exemple, par plusieurs protubérances individuelles sur la surface des éléments aplatisseurs et les espaces libres entre ces protubérances, respectivement. Habituellement, on utilisera deux éléments aplatisseurs0 La forme et la disposition générale par rapport au tube gonflé de ces éléments aplatisseurs peuvent etre similaires dans l'ensemble à celles des panneaux ou des cadres aplatisseurs bien connus dans la technique de fabrication et de traitement des pellicules, mais on peut utiliser d'autres formes d'éléments aplatisseurs. Habituellement, le liquide de refroidissement sera de l'eau. De préférence, les éléments aplatisseurs sont utilisés avec un bain de liquide de refroidissement qui sert aussi à recueillir le liquide de refroidissement en excès s'écoulant des bords inférieurs des éléments aplatisseurs, le tube gonflé partiellement aplati étant conduit dans le bain et entre les cylindres presseurs disposés dans ce bain qui aplatissent complètement le tube gonflé pour lui donner une forme plate.De préférence, les éléments aplatisseurs sont disposés de manière à fournir des surfaces de guidage qui supportent le tube soufflé partiellement aplati tandis qu'il entre dans le bain de liquide de refroidissement de façon à empêcher qu'il soit plissé ou marqué. Avantageusement, on fait arriver le liquide de refroidis gemment à plusieurs endroits distribués sur la surface des éléments aplatisseurs par plusieurs conduits à travers la paroi des éléments aplatis setirs. Par conséquent, les éléments aplatiesours peuvent être formés d'une matière poreuse comme des tampons de feutre ou un métal fritté, les pores constituant plusieurs conduits dans leurs parois. De préfdrence, on utilise des plaques de métal poreux aux- quelles on peut faire arriver le liquide de refroidissement en prévoyant une chambre à eau (ou plusieurs orifices d'admission e± parés) derrière les plaque., et s'étendant sur une partie ou la totalité de leur surface postérieure. En variante, des plaque. perforée. ayant un certain nombre d'orifices espacé. de forme com- iode quelconque débouchant dans cette surface, par exemple de. trous circulaires, peuvent Outre utilisées à la place des plaque. en métal poreux. Les éléments aplatisseurs peuvent entre des plaques plates, ou des plaques courbées dans la direction de déplacement de la pellicule de façon à fournir un support pour la partie inférieure courbe du tube soufflé, ou courbées transversalement par rapport à la direction de déplacement de la pellicule de façon à corres- pondre à la forme du tube soufflé à sa ligae de premier contact avec les éléments aplatisseurs, ou courbées dans ces deux direc tiento Egalement, au lieu de plaques, on peut utiliser une paire de cylindres, qui sont de préférence poreux ou perforés.Si on le désire, les éléments aplatisseurs peuvent tre reliés par des portions latérales là où les éléments sont proches l'un de l'autre à leurs bords inférieurs pour effectuer le refroidissement des deux parties latérales opposées du tube soufflé qui autrement ne peuvent pas ttre en contact avec les éléments aplatisseurs.Ces parties latérales du tube soufflé, si elles sont présentes, constituent seulement une fraction très faible de la surface du tube soufflé0 Le procédé fournit un refroidisseient uniforme par eau d'une pellicule soufflée extrudée de haut en bas au moyen de cou ches d'eau où l'écoulement de l'eau est parallèle -à la direction de déplacement de la pellicule.En même temps, un aplatissement partiel du tube soufflé est effectué par des éléments aplatisseurs disposés symétriquement# et habituellement cet aplatissement partiel du tube soufflé sera tel que le tube sera mis à peu près à la forme plate, De préférence, la ligne de premier contact entre le tube soufflé et chacun des éléments aplatisseurs est à peu près une ligne horizontale sur une portion aussi grande que possible de sa longueur et on peut arriver à ce résultat en donnant une forme appropriée à la surface de contact avec le tube de chaun des éléments aplatisseurs. L'invention peut etre utilisée pour la fabrication de pellicules à partir d'un polymère organique thermoplastique quelconque qui est utilisable, en ce qui concerne son point de ramollissement et sa stabilité à 11 état fondu, dans un procédé du type défini. Les polymères organiques thermoplastiques utilisables comprennent, par exemple, le chlorure de polyvinyle, des polyesters, des Nylons et des polyoléfines, mais l'invention est particulièrement applicable à des polymères cristallins, par exemple les Nylons et les polyoléfines. Le terme "polyoléfine" est utilisé ici comme englobant un polymère ou copolymère d'oléfine seul et aussi une composition polymère dont la majeure partie est une polyoléfine ou un mélange de polyoléfines.Des exemples de polyoléfines qui peuvent être utilisées dans la mise en oeuvre du procédé de l'invention sont le polyéthylène et le polypropylène, et le présent procédé est particulièrement utilisable pour la fabrication de pellicules de polypropylène d'une haute clarté ayant de bonnes propriétés physiques. L'invention comprend aussi un appareil utilisable pour fabriquer des pellicules-à partir d'un polymère organique thermoplastique selon le procédé de l'invention, comprenant une boudineuse pour- l'extrusion de haut en bas d'une pellicule du polymère fondu sous la forme d'un tube, un conduit dialimantation en gaz pour gonflement du tube lors de son extrusion, des éléments aplatisseurs pour aplatir le tube gonflé et un conduit d'alimentation en un liquide de refroidissement pour faire arriver de force un liquide de refroidissement à la surface des éléments aplatisseurs. L'invention comprend aussi la pellicule obtenue par le procédé selon l'invention. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs - la figure 1 est une vue générale illustrant la fabrication d'use pellicule selon l'invention. - les figures 2 à 12 montrent diverses formes d'éléments aplatisseurs. Sur la figure 1, un tube soufflé chaud 11, de polypropylène par exemple, est extrudé de haut en bas par un filière 12 de boudineuse et est refroidi, selon l'invention, au moyen d'une unité de refroidissement comprenant une paire de plaques poreuses 13, 14 qui constituent les éléments aplatisseurs et une masse d'eau de refroidissement contenue dans un réservoir 15. Les plaques 13, 14 effectuent aussi un aplatissement partiel du tube soufflé 11, l'aplatissement complet à la forme plate étant effectué par des cylindres presseurs entralnés 16, 17 situés dans l'eau de refroidissement dans le réservoir 15.Ces cylindres presseurs 16, 17 servent aussi à tirer de haut en bas le tube soufflé 1 1 à partir de la filière 12 de la boudineuse, et l'article aplati est enlevé sur un cylindre 18 par un équipement classique de réception (non représen té) Chacune des plaques poreuses 13, 14 comprend une boite creuse mince ayant une surface antérieure poreuse 13a, 14a prévue pour etre en contact avec la pellicule soufflée et un tuyau d'admission 19, 20 pour introduction d'eau sous pression à l'intérieur de la botte. En service, l'eau à l'intérieur de la botte passe à travers la = face antérieure 13a ou 14a par ses pores pour former une couche de liquide de refroidissement sur la surface 13a ou 14a. La grosseur des pores est telle que sous la pression d'eau utilisée une couche mince suffisante d'eau de refroidissement est maintenue sur les surfaces 13a et 14a durant le fonctionnement de l'unité de refroidissement0 L'eau de refroidissement peut arriver aux éléments aplatisseurs à la température ambiante, par exemple entre 10 et 200C, et son débit doit etre tel que de minces couches d'eau soient maintenues sur la surface entière des éléments durant la mise en oeuvre du procédé. En passant maintenant aux figures 2 à 8, la figure 2 représente un élément aplatisseur sous la forme d'une plaque 21 comportant une grande quantité de protubérances convexes 22, ayant toutes les mimes dimensions et la même forme, sur sa surface. Les espaces entre les protubérances 22 forment des canaux pour l'arrivée du liquide de refroidissement sur la surface entière de la plaque 21, le liquide arrivant du sommet de la plaque. La figure 3 représente un élément aplatisseur sous la forme d'une botte creuse 23 ayant une surface antérieure contenant un certain nombre d'ouvertures en losange par lesquelles l'eau de refroidissement peut arriver, tandis que la figure 4 représente un élément aplatisseur un peu similaire dans lequel les ouvertures sont des fentes 24.Les figures 5 et 6 représentent des éléments aplatisseurs consistant en plaques poreuses qui sont courbes dans la direction de déplacement du tube soufflé pour un effet supplémentaire de guidage et de support du tube soufflé, tandis que la figure 7 représente un élé- ment aplatisseur consistant en une plaque poreuse qui est courbée transversalement par rapport à la direction de déplacement du tube soufflé de façon à redresser la ligne de premier contact du tube soufflé avec les éléments aplatisseurs. Cette ligne de premier contact (représentée en pointillé en A sur la tigure1) a tendance à outre de force parabolique quand les plaques ont une surface plane. La figure 8 représente un élément aplatis.eur poreux qui est courbe tant dans la direction de déplacement du tube soufflé que dans la direction transversale. La figure montre la surface antérieure rectangulaire, à sa droite une vue latérale et au-desiu une vue en plan de l'élément aplatisseur. La figure 9 représente un mode de réalisation de l'élément aplatigaeur comprenant une structure en forme de botte comportant plusieurs cylindres tournant librement disposés dans des fentes '6tendant horizontalement dans l'une de ses surfaces de façon à en faire saillie légèrement, les cylindres tournant avec un jeu dans les fentes de façon à permettre au liquide de refroidissement de s1 écouler de l'intérieur creux de la boite sur les surfaces des cylindres et sur les parties de la surface de l'élément aplatisseur qui se trouvent entre les cylindres. La figure 10 représente les éléments aplatisseurs sous la forme de deux cylindres rotatifs ayant des parois poreuses et disposés symétriquement par rapport au tube de pellicule. L'intérieur creux des cylindres est alimenté en eau sous pression par raccordement à une conduite d'eau (non représentée) de façon que l'eau passe à travers la surface extérieure des cylindres. La figure 12 représente un élément aplatisseur sous la forme d'un panneau plat. Un tuyau d'eau comportant plusieurs ouver tures s'étend le long du bord supérieur du panneau, de façon que l'eau ariivant par le tuyau sorte par ses ouvertures en plusieurs petits courants qui se combinent pour former une couche uniforme d'eau descendant le long du panneau, Dans tous les cas où le liquide de refroidissement n'est pas refoulé à travers la paroi de l'élément aplatisseur, il n'est pas nécessaire d'utiliser une ouverture poreuse ou perforée0 Dans ces cl8, la paroi peut avoir une surface lisse continue, lais de préférence la surface de l'élément aplatisseur est formée de canaux eu rainures pour favoriser une distribution uniforme du liquide de refroidissement sur la surface de l'élément aplatisseur. Pour la meme raison, l'élément aplatisseur peut être formé d'une plaque poreuse même quand le liquide de refroidissement est pulvérisé sur sa surface au lieu d'être refoulé par les pores à travers la plaque. C'est un avantage particulier de l'invention que des pellicules de diverses largeurs et épaisseurs peuvent être fabri quées à de hauts débits de production avec la isme unité de refroi dissasent, et en général des taux de soufflage compris entre 0 > 1 et 2,0 peuvent être utilisés. L'invention peut être illustrée par l'exemple suivant. Exemple Une pellicule de polypropylène est fabriquée selon le procédé décrit à propos de la figure 1 des dessins annexés, en utilisant des éléments aplatisseurs corme celui représenté sur la figure il comprenant des plaques poreuses de forme telle qu'elles fournissent chape une surface plane de 40 ci de longueur s' éten- dant vers le bas et vers l'intérieur pour aplatir partiellement et refroidir le tube soufflé et une partie verticale plane formant un guide pour la pellicule quand elle entre dans le bain d'eau ; le bord inférieur de cette partie verticale est donc au-dessous de la surface de l'eau et les deux plaques sont disposées de manière que leurs parties verticales respectives se trouvent à 2 mm l'une de l'autre.La portion d'aplatissement de chacun des éléments aplatisseurs forme un angle de 600 avec la verticale et la partie intermédiaire de chaque élément aplatisseur se trouvant entre la partie d'aplatissement et la partie verticale est courbe, le rayon de courbure (R) étant de 12,5 cm. Le niveau de l'eau dans le réservoir est juste au-dessous de cette partie intermédiaire courbe des éléments aplatisseurs. Les éléments aplatisseurs comprennent des feuilles de cuivre poreux de la désignation #SIKÂ" -B3, et l'eau leur est fournie par des chambres à eau soudées au dos des plaques et couvrant la partie supérieure de leurs surfaces postérieures. Le polypropylène est extrudé de haut en bas de manière classique et, dans un certain nombre d'essais, on fait varier le taux de soufflage de façon à produire des pellicules de diverses largeurs, avec des épaisseurs de pellicule de 30, 50 et 100 microns. En utilisant une filière annulaire d1 extrusion de 200 mm de diamètre et en opérant à une température de la masse fondue de 24000, des pellicules de polypropylène ayant de bonnes propriétés optiques et mécaniques sont obtenues dans les conditions suivantes Température d'entrée de l'eau de refroidissement 1500 Débit d'alimentation en eau de refroidissement 5 litres (pour les deux éléments aplatisseurs) par minute Taux de soufflage 0,4 ; 0,6 ; 0,8 ; 1,2 Vitesse de production de la pellicule 15, 30 mètres par minute - XEVESDICATIONS 1.- Un procédé de fabrication de pellicules d'un polymère thermoplastique organique, selon lequel on extrude continuellement une pellicule de polymère thermoplastique organique fondu dans une'direction descendante sous la forme d'un tube, on dilate le tube par gonflement, on fait passer le tube gonflé entre des éléments aplatisseurs qui aplatissent le tube, on refroidit le tube tandis qu'il est partiellement, mais pas complètement aplati par les éléments aplatisseurs à une température au-dessous de la température de fusion du polymère par contact avec des couches d'un liquide de refroidissement qu'on fait arriver de force à la surface des éléments aplatisseurs. 2.- Un procédé selon la revendication 1, dans lequel on fait arriver le liquide de refroidissement en versant le liquide sur la surface des éléments aplatisseurs à une position au-dessus de la zone de contact avec le tube de pellicule. 3.- Un procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel on fait arriver le liquide de refroidissement à plusieurs endroits distribués sur la surface des éléments aplatisseurs par plusieurs conduits à travers la paroi des éléments aplatisseurs. 4.- Un procédé selon la revendication 3, dans lequel les conduits sont formés par des pores dans la paroi des éléments aplatisseurs, le liquide de refroidissement étant refoulé par les pores jusqu'à la surface des éléments aplatisseurs. 5.- Un appareil utilisable pour fabriquer des pellicules d'un polymère thermoplastique organique selon le procédé du paragraphe 1, comprenant une boudineuse pour l'extrusion de haut en bas d'une pellicule du polymère fondu sous la forme d'un tube, un conduit d'alimentation en gaz pour gonflement du tube lors de son extrusion, des éléments aplatisseurs pour aplatir le tube gonflé et un conduit d'alimentation en un liquide de refroidissement pour faire arriver de force un liquide de refroidissement à la surface des éléments aplatisseurs. 6.- Un appareil selon la revendication 5, dans lequel chacun des éléments aplatisseurs est formé par une structure fermée creuse ayant une portion de paroi poreuse, le conduit d1alimentation en liquide de refroidissement étant en communication avec l'intérieur creux de la structure. 7.- Un appareil selon la revendication 5 ou 6, dans lequel les éléments aplatisseurs ont une portion de paroi poreuse formée par une plaque métallique poreuse. 8.- Les pelliQules de polymères thermoplastiques organiques fabriquées par un procédé selon l'une des revendications 1 à 4.