Brevet FR2026971A1 — publié le 19700925

i 2026971 La présente invention concerne un procédé de production de feuilles de polyamide emboutissables extrudées en gaine dont le rapport d'allongement, dans le sens longitudinal et dans le sens transversal, est équilibré, comprenant l'utilisation d'une bague de refroidissement à air. 5 La nécessité d'un refroidissement rapide d'une matière ayant un point de fusion élevé et qui est très mobile à l'état fondu pendant sa conformation en feuilles extrudées en gaine a déjà conduit à une proposition (voir le brevet allemand n° 1 060 133) qui consiste à mouiller de telles feuilles avec un liquide de refroidissement sur toute leur surface, immédiatement 10 après leur extrusion d'une filière à fente annulaire, et à maintenir ce film de liquide sur la surface aussi longtemps que possible. Bien que, compte tenu de l'état de la technique à cette époque, ce procédé constituait une solution pour éviter le problème de l'affaissement de la feuille extrudée en gaine pendant sa solidification, il ne permet pas la production de feuilles 15 de polyamide à allongement équilibré ayant des caractéristiques favorables pour l'emboutissage. En outre, l'eau de refroidissement doit ensuite être enlevée de la surface de la gaine par une opération séparée, car elle perturbe le traitement subséquent de la feuille (traitement par décharge corona et impression). 20 C'est pourquoi le remplacement de l'eau de refroidissement par un gaz de refroidissement frappant sous forme d'un anneau la surface extérieure de la feuille pendant sa solidification constitue une amélioration considérable. Des anneaux de refroidissement de ce type sont décrits, par exemple, dans le brevet des E.U.A. n° 2 926 384, ainsi que dans le brevet allemand 25 n° 1 215 906. Selon une publication dans la revue "Modem Plastics" n° 5/63 de mai 1963, page 50, et selon le brevet français n° 1 423 754, le refroidissement rapide de la feuille extrudée en gaine par un tel anneau de refroidissement peut même être rendu plus efficace encore en dirigeant le gaz sortant de l'anneau de refroidissement dans le sens de l'avance de la feuille extrudée, 30 de façon à provoquer une augmentation de la pression dynamique le long de la . trajectoire de refroidissement et de réduire la pression statique (principe Venturi). Selon ce procédé, on peut réduire la pression statique au-dessous de la pression atmosphérique. Cette diminution permet, non seulement un meilleur réglage de l'allongement de la gaine pendant sa solidification, mais 35 aussi une augmentation du taux de refroidissement. Comme aucun des documents antérieurs cités ci-dessus n'envisage la production d'une feuille extrudée en gaine ayant un rapport équilibré entre f COPY 69 44658 2 2026971 les allongements longitudinal et transversal, on ne pouvait pas s'attendre, bien entendu, à des solutions allant dans ce sens. La production de feuilles de polyamide extrudées en gaine ayant ce rapport équilibré de l'allongement est, cependant, très souhaitable car, 5 seules, les feuilles de polyamide ainsi équilibrées possèdent des caractéristiques favorables pour l'emboutissage. L'aptitude à l'emboutissage est déterminas par la profondeur à laquelle une feuille peut être emboutie sous l'effet de la chaleur et d'un vide, sans que l'on puisse détecter des zones extrêmement minces - dues à la constriction - dans la partie 10 étirée de la feuille. Les feuilles de polyamide connues jusqu'à présent et produites selon des procédés de soufflage classiques ne répondent pas à ces exigences. On a cependant accepté ces inconvénients jusqu'à présent parce que les feuilles d'emballage obtenues à partir de polyamides ou de composés de polyamide et de polyéthylène permettent une plus grande profon-15 deur d'emboutissage que les feuilles d'emballage connues antérieurement et fabriquées de polyesters ou de composés de polyesters et de polyéthylène. Le problème est donc de trouver un procédé pour la production d'une feuille/eêtrtuli'e^en une gaine ayant un rapport d'allongement équilibré et permettant un emboutissage conforme à la/définition ci-dessus. Le procédé 20 doit, en outre, permettre la production de feuilles d'emballage transparentes qui sont totalement exemptes de faux plis, qui se posent aisément à plat et qui glissent facilement. L'objet de l'invention est un procédé pour la production de feuilles emboutissables en polyamide ayant un rapport d'allongement équilibré, ce 25 procédé devant, en outre, éviter les inconvénients des procédés connus. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le procédé comprend les phases suivantes : a) homogénéisation de la pression et de la température d'une masse de polyamide fondue dans une filière à fente circulaire équipée d'un dispo- 30 sitif de répartition de la pression permettant un réglage fin monté dans un dispositif de profilage rotatif refroidi au gaz et parfaitement calorifugé ; b) extrusion de ladite masse fondue par la filière à fente circulaire à une température qui est, au moins, de 20°C supérieure au point de fusion des grains cristallins dudit polyamide j 35 c) refroidissement, conformation et allongement simultanés de ladite masse fondue en.vue de l'obtention d'une feuille extrudée en gaine en cours de solidification, ledit refroidissement étant effectué au moyen 69 44658 3 2026971 d'un, gaz de refroidissement frappant la surface extérieure de la feuille extrudée en gaine sous forme d'un anneau et s'écoulant dans le sens de l'avance de la matière entre ladite feuille, l'anneau de refroidissement et un organe de refroidissement conique, ledit allongement étant effectué 5 dans le sens de l'avance de la matière au moyen de dispositifs d'extraction et dans le sens transversal au moyen d'un volume de gaz enfermé dans ladite feuille extrudée en gaine, ledit allongement dans le sens de l'avance de la:matière et dans le sens transversal étant équilibré l'un par rapport à l'autre ; 10 d) aplatissement et extraction de la feuille allongée et solidifiée ainsi obtenue au moyen de dispositifs d'aplatissement et au moins deux rouleaux pinceurs ; e) ledit polyamide ayant les caractéristiques définies par la zone hachurée des figures 3 et 4. 15 Le point de fusion des grains cristallins mentionné sous b) est d'environ 220°C lorsqu'il s'agit d'un polyamide préparé à partir de capro-lactame, d'environ 260°C lorsqu'il s'agit d'un polyamide préparé à partir d'hexaméthylènediamine et acide adipique, d'environ 190°C lorsqu'il s'agit d'un polyamide préparé à partir d'acide OJ-aminoundécanoïque et d'environ 20 180°C lorsqu'il s'agit d'un polyamide préparé à partir de lactame laurique (dodécanelactame). Il s'est avéré particulièrement avantageux (voir figures 1 et 2) de guider le gaz - sortant d'un premier système à filière annulaire 15 et dirigé contre la masse fondue tubulaire 8 - de sorte qu'il s'écoule dans 25 le sens de l'avance de la feuille tubulaire à travers deux autres systèmes à filière 16, 17 qui sont disposés l'un sur l'autre de sorte que la même feuille tubulaire 8, 8a forme les parois internes des chambres de ces deux systèmes supplémentaires 16, 17, tandis que deux éléments différents forment les parois externes desdites chambres. Plus précisément, la partie supérieure 30 de l'anneau de refroidissement à air 6 forme la paroi externe du deuxième système à filière annulaire 16, tandis que la partie supérieure de l'organe de refroidissement conique 14 forme la paroi externe du troisième système à filière annulaire 17. Une caractéristique essentielle de l'invention prévoit, dans une 35 telle forme de réalisation, que la masse fondue tubulaire en cours de solidification s'écoule,au niveau du premier système à filière annulaire 15, à travers une zone dans laquelle son expansion - déterminée par la température et par la pression du gaz de support - est réduite sous l'effet du courant de gaz de refroidissement et en ce que cette masse s'écoule au niveau du 69 44658 4 2026971 troisième système à filière annulaire 17, après la fin de l'expansion, à travers une zone dans laquelle le courant de gaz de refroidissement stabilise la feuille extrudée en gaine. La très bonne aptitude à l'emboutissage de la feuille de polyamide 5 produite conformément à l'invention est probablement due,entre autres,au rapport d'allongement équilibré dans le plan de la surface de la feuille. On sait que le rapport d'allongement dans le plan de la surface d'une feuille étirée est le produit du rapport de l'allongement longitudinal et de celui de l'allongement transversal, le rapport d'allongement longitudinal - aipelé 10 parfois également "rapport d'allongement dans le sens de l'avance de la matière" - étant le quotient du taux'd'extraction et du taux d'extrusion de la feuille ou de la masse fondue, le rapport d'allongement dans le sens transversal étant le quotient du diamètre de la feuille étirée transversalement et celui de la masse fondue non étirée. 15 En réglant les différents facteurs qui agissent sur la conformation et la température de la masse fondue en cours de refroidissement quittant la matrice à fente circulaire à une température et une viscosité uniformes, le procédé selon l'invention permet d'obtenir une feuille totalement exempte de faux plis, qui se pose aisément à plat, qui glisse facilement, qui est 20 transparente et qui ne présente pas de sens d'orientation préférentiel, c'est-à-dire qui a un rapport équilibré d'allongement dans le sens de la surface, à partir d'un matériau de départ s'écoulant facilement et ayant un point de fusion élevé. De telles feuilles ort un indice de réfraction double d'environ 0. Les facteurs mentionnés ci-dessus sont notamment : la vitesse périphérique 25 des rouleaux de l'appareil d'extraction, la quantité de masse fondue extrudée par unité de temps, la pression et la température du gaz de support interne, le débit de matière et sa température à la sortie de la filière, en tenant compte de la décharge de gaz de refroidissement produisant un double effet Venturi dont les deux parties se succèdent dans le temps et dans l'espace. 30 En raison de leur aptitude inégalée pour l'emboutissage, ces feuilles peuvent être utilisées de façon particulièrement avantageuse pour des traitements ultérieurs dans l'industrie de l'emballage. En fonction de l'application prévue, on peut également doubler ou revêtir la feuille selon l'invention d'une ou de plusieurs feuilles, par 35 exemple en polyéthylène, polypropylène ou une autre matière thermoplastique, si bien que la feuille extrudée en gaine obtenue selon l'invention convient pour la production de n'importe lequel des stratifiés connus contenant une couche de polyamide. COPY 44658 5 2026971 Les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée. Exemple 1 : On mesure tout d'abord la viscosité à l'état fondu d'un polyamide 5 préparé à partir de caprolactame - appelé ci-après polyamide-6 - afin de déterminer si le polyamide convient comme matériau de départ pour la production de feuilles extrudées en gaine selon le procédé de l'invention. On utilise pour cet essai une boudineuse dont la vis a un diamètre de 45 mm et une longueur de 25 D = 1125 mm et dont la tête de soufflage 10 présente une fente circulaire d'un diamètre de 50 mm, d'une largeur de 0,5 mm £. d'une profondeur de 15 mm. On exprime la viscosité à l'état fondu du polyamide examiné par la quantité de masse fondue déchargée en g/mn sous 2 une pression de refoulement donnée dans la vis, exprimée en kg/cm . Lors d'un essai d'extrusion avec la boudineuse décrite ci-dessus à une température 15 d'extrusion de 260°C3 on trouve pour des polyamides-6 appropriés un débit 2 de 150 g/mn sous une pression de refoulement à la vis de 72 à 100 kg/cm , et un débit de 500 g/mn sous une pression de refoulement à la vis de 120-173 o kg/cm . La partie hachurée de la figure 3 représente la zone délimitée par ces valeurs. 20 On trouve pour un polyamide-6 un débit de 150 g/mn sous une pression 2 de refoulement de 90 kg/cm et un débit de 500 g/mn sous une pression de 2 refoulement de 145 kg/cm . La pression de refoulement à la vis - qui dépend de la viscosité à l'état fondu - de ce polyamide est par conséquent dans les tolérances nécessaires (voir la courbe n°l). Ce polyamide convient par 25 conséquent pour le procédé de moulage selon l'invention. On fond ensuite le polyamide dans une boudineuse de production 1 (voir figures 1 et 2) dont la vis a un diamiètre de 60 mm et une longueur de 25 D = 1500 mm. On prévoit une température de la masse fondue de 260°C et, après avoir traversé un dispositif de profilage par déflection 2 et un 30 dispositif de profilage rotatif 3, la masse fondue sort à un débit de 27,5 kg/h par une tête de soufflage 4. La fente annulaire 5 de la tête de soufflage 4 a un diamètre de 100 mm, une largeur de 0,9 mm et une profondeur de 35 mm. L'anneau de refroidissement calorifugé 6 associé à la fente annulaire 5 a un diamètre de 180 mm au niveau de son ouverture 7 qui mesure 10 mm et qui 35 est délimitée par les éléments 13 et 13«i. Le fluide de refroidissement amené à l'anneau de refroidissement 6 est de l'air d'une température de + 10°C. Cet air est amené uniformément sous une pression de 65 mm de colonne d'eau. La masse fondue 8 sortant de la fente annulaire 5 est expansée par soufflage COPY 69 44658 6 2026971 et forme de façon connue une feuille extrudée en gaine 8a sous l'effet d'une introduction de gaz de support inerte et de l'application simultanée de l'air de refroidissement à travers l'anneau de refroidissement 6. La gaine solidifiée est ensuite aplatie au moyen de dispositifs . 5 coulissants 9 puis extraite entre deux rouleaux pinceurs 10, 10a dont la vitesse périphérique ou vitesse d'extraction ést de 10 a/i^n. La gaine aplatie 8a est ensuite fendue et les deux feuilles ainsi obtenues sont enroulées sur deux bobineuses 11, 12. La feuille produite par le procédé selon l'invention a une largeur 10 de 500 mm lorsqu'elle est posée à plat. Son épaisseur est de 40 microns et son coefficient de friction est inférieur à 0,20. La feuille peut être emboutie de façon très satisfaisante jusqu'à une profondeur de 60 mm sans l'apparition des zones extrêmement minces déjà citées. Le test de polarisation optique ne fait pas apparaître un sens d'orientation préférentiel. La feuille 15 est parfaitement transparente et peut être posée correctement à plat. Elle convient parfaitement bien pour un doublage ou un revêtement avec du polyéthylène ou d'autres matières plastiques dans un appareil approprié. La feuille produite selon l'invention cause également très peu de perturbations dans les machines utilisées pour des processus d'emballage automatique. 20* Exemple 2 : S Lorsqu'on examine un polyamide-6 de la même façon qut' à l'exemple 1 dans une boudineuse d'essai appropriée à une température de 260°C, on trouve 2 un débit de 150 g/mn sous une pression de refoulement à la vis de 110 kg/cm , 2 et un débit de 500 g/mn sous une pression de refoulement à la vis de 157 kg/cm . 25 Cette pression de refoulement, qui est une mesure de la viscosité à l'état fondu, se trouve donc dans la partie supérieure de l'intervalle compris entre 72 et 110 kg/cm mentionné à l'exemple 1 (voir la courbe II à la figure 3). On fait fondre ce polyamide dans une boudineuse de production 1 (voir figure 1) dont la vis a un diamètre de 60 mm et une longueur de 25 D = 30 1500 mm. La température de la masse est de 260°C et, après avoir traversé le dispositif de profilage par déflection 2 ainsi que le dispositif de profilage rotatif 3, la masse sort à un débit de 40 kg/h par la tête de soufflage 4. La fente circulaire 5 de la tête de soufflage 4 a un diamètre de 150 mm, une largeur de 0,9 mm et une profondeur de 40 mm. L'anneau de 35 refroidissement calorifugé 6 associé à la fente annulaire 5 a un diamètre de 330 mm au niveau de son ouverture 7 dont la grandeur est de 10 mm. Comme fluide de refroidissement, on utilise de l'air d'une température de + 10°C et une pression de 100 mm de colonne d'eau que l'on amène de façon uniforme 44658 7 2026971 à l'anneau de refroidissement 6. La masse fondue 8 sortant de la fente circulaire 5 se transforme de façon connue dans une feuille extrudée en gaine sous l'effet d'une introduction de gaz de support inerte et d'une application simultanée d'air de refroidissement à travers l'anneau de 5 refroidissement 6. La gaine solidifiée est ensuite aplatie au moyen du dispositif coulissant 9 puis extraite par les deux rouleaux pinceurs 10, 10a dont la vitesse périphérique ou vitesse d'extraction est de 6 m/mn. La gaine aplatie est ensuite coupée dans le sens de la longueur et les deux feuilles obtenues sont enroulées sur deux bobineuses 11, 12. 0 La pellicule obtenue par le procédé selon l'invention a une largeur de 500 mm lorsqu'elle est posée à plat. Son épaisseur est de 70 microns et son coefficient de friction est inférieur à 0,20. Les autres caractéristiques de la feuille correspondent à celles de l'exemple 1. Exemple 3 : 5 On examine un autre polyamide-6 de la même façon qu'aux exemples I et II pendant un essai d'extrusion effectué à une température de 260°C et on trouve un débit de 150 g/mn sous une pression de refoulement à la vis 2 de 65 kg/cm , et un débit de 500 g/mn sous une pression de refoulement à la 2 vis de 110 kg/cm . La viscosité à l'état fondu de ce polyamide est donc hors 3 des tolérances nécessaires selon les exemples I et II (voir la courbe n° III de l'a figure 3). On traite ce polyamide-6 non approprié dans une boudineuse de production de la même façon que les polyamides appropriés selon les exemples I et II, qui servent de substances de comparaison. Par suite de l'instabilité mécanique de la masse fondue, il s'avère impossible de poser la 5 gaine obtenue à plat. Elle présente en outre des faux plis. Toutefois, l'inconvénient le plus'sérieux est le fait qu'elle ne peut pas être emboutie de façon satisfaisante. Exemple 4 : On examine tout d'abord un polyamide préparé à partir de hexaméthy-D lènediamine et d'acide adipique - appelé ci-après polyamide-6.6 - de la même façon qu'à l'exemple I afin de déterminer, par sa viscosité à l'état fondu, s'il peut convenir comme matériau de départ pour la production de feuilles de polyamide extrudées en gaine pouvant être embouties par le procédé selon l'invention. A une température d'extrusion de 290°C, on trouva 5 pour des polyamides-6.6 appropriés, un débit de 150 g/mn sous une pression 2 de refoulement à la vis de 112-165 kg/cm , et un débit de 500 g /mn sous une 2 pression de refoulement à la vis de 175-265 kg/cm (voir la courbe IV à la figure 4). 69 44658 8 2026971 Pour le polyamide-6.6 examiné, on trouve un débit de 150 g/mn 2 sous une presâon de refoulement à la vis de 127 kg/cm , et un débit de 2 500 g/mn sous une pression de refoulement à la vis de 196 kg/cm . Ce polyamide occasionne par conséquent une pression de refoulement à la vis 5 - qui dépend de la viscosité à l'état fondu - qui est dans les tolérances nécessaires selon la figure 4 et qui convient par conséquent pour un moulage par le procédé selon l'invention. On fond ensuite ce polyamide dans une boudineuse de production 1 (voir figures 1 et 2) dont la vis a un diamètre de 60 mm et une longueur 10 de 25 D = 1500 mm. La température de la masse fondue est de 300°C et, après son passage à travers du dispositif de profilage par déflection 2 et du dispositif de profilage rotatif 3, elle sort à un débit de 25 kg/h de la tête de soufflage 4. La fente annulaire 5 de la tête de soufflage 4 a un diamètre de 15 100 mm, une largeur de 0,9 mmi et une profondeur de 25 mm. L'anneau de refroidissement calorifugé 6 associé à la fente annulaire 5 a un diamètre de 170 mm au niveau de l'ouverture 7 dont la grandeur est de 10 mm et qui est délimitée par les éléments 13, et 13a^ Le fluide de refroidissement pour l'anneau de refroidissement 6 est de l'air amené de façon uniforme 20 sous une pression de 70 mm de colonne d'eau et à une température de +10°C. La masse fondue 8 sortant de la fente annulaire 5 se transforme de façon connue en une feuille extrudée en gaine sous l'effet d'une introduction par soufflage d'un gaz de support inerte, et d'une application simultanée d'air de refroidissement à travers la bague 6. La gaine solidifiée est ensuite 25 aplatie au moyen du dispositif coulissant 9 puis extraite entre deux rouleaux pinceurs 10, 10 30 La feuille produite par le procédé selon l'invention a une largeur de 420 mm lorsqu'elle est posée à plat. Son épaisseur est de 30 microns et son coefficient de friction est inférieur à 0,20. La feuille peut facilement être emboutie jusqu'à une profondeur de 50 mm sans l'apparition des zones excessivement minces déjà mentionnées. 35 Le test de polarisation optique ne fait pas apparaître de sens d'orientation préférentiel. La transparence est légèrement moindre en raison de l'utilisation d'un polyamide-6.6, mais les autres caractéristiques sont aussi avantageuses que celles de la feuille de polyamide-6 produite conformément à l'exemple 1. COPY 69 44658 9 2026971 REVENDICATIONS 1. Procédé pour la production d'une feuille de polyamide emboutissable extrudée en gaine ayant un rapport d'allongement dans le plan de la surface 5 qui est équilibré, caractérisé en ce qu'il comprend les phases suivantes : a) homogénéisation de la pression et de la température d'une masse de polyamide fondue dans une filière à fente circulaire équipée d'un dispositif de répartition de la pression permettant un réglage fin monté dans un dispositif de profilage rotatif refroidi au gaz et parfaitement 10 calorifugé ; b) extrusion de ladite masse fondue par la filière à fente circulaire à une température qui est, au moins, de 20°C supérieure au point de fusion des grains cristallins dudit polyamide ; c) refroidissement, conformation et allongement simultanés de 15 ladite masse fondue en vue de l'obtention d'une feuille extrudée en gaine en cours de solidification, ledit refroidissement étant effectué au moyen d'un gaz de refroidissement frappant la surface extérieure de la feuille extrudée en gaine sous forme d'un anneau et s'écoulant dans le sens de l'avance de la matière entre ladite feuille, l'anneau de refroidissement 20 et un organe de refroidissement conique, ledit allongement/étant effectué dans le sens de l'avance de la matière au moyen de dispositifs d'extraction et dans le sens transversal au moyen d'un volume de gaz enfermé dans ladite feuille extrudée en gaine, ledit allongement dans le sens de l'avance de la matière et dans le sens transversal étant équilibré l'un par rapport à 25 l'autre ; d) aplatissement et extraction de la feuille allongée et solidifiée ainsi obtenue au moyen de dispositifs d'aplatissement et au moins deux rouleaux pinceurs ; e) ledit polyamide ayant les caractéristiques définies par la zone 30 hachurée des figures 3 et 4. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz de refroidissement dirigé par un premier système à filière annulaire sur la masse fondue tubulaire s'écoule dans le sens de l'avance de la matière traitée à travers deux autres systèmes à filière annulaire disposés l'un au-dessus de 35 l'autre, les parois intérieures des chambres de ces deux systèmes supplémentaires à filière annulaire écant chacune formée par la même feuille tubulaire, les parois extérieures desdites chambres étant formées par deux éléments différents, le premier étant la partie supérieure de l'anneau de refroidissement f, gopy . i 44658 10 2026971 à air du deuxième système à filière annulaire, et le second élément étant la partie supérieure de l'organe de refroidissement conique du troisième système à filière annulaire. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite gaine 5 en cours de solidification s'écoule, -au niveau du premier système à filière annulaire, à travers une zone dans laquelle son expansion - déterminée par la température et la pression du gaz "de support - est réduite par le courant de gaz de refroidissement, et en ce que cette gaine s'écoule, au niveau du deuxième système à filière annulaire, à travers une zone dans laquelle son 10 expansion - déterminée par la température et la pression du gaz de support -est augmentée par le courant de gaz de refroidissement, et en ce que ladite gaine s'écoule, au niveau du troisième système à filière annulaire, après la fin de son expansion, à travers une zone dans laquelle le courant de gaz de refroidissement stabilise son mouvement.