Brevet FR2067310A1 — publié le 19710820

La présente invention concerne l'obtention de stratifiés du type pellicule sur mousse. Les brevets des EUA n° 3 159 698 et 3 220 902 décrivent des procédés d'obtention de stratifiés en utilisant la chaleur d'extrusion de la mousse 5 ou de la pellicule pour assembler ces matières lorsqu'elles sortent d'extru-deuses adjacentes. Cependant, il est évident que ces-procédés empêchent une orientation biaxiale préalable de la pellicule de matière plastique parce que ces pellicules sont stratifiées lors de leur extrusion. Le brevet des EUA n° 2 917 217 décrit la stratification de matières 10 en feuilles préformées, telles que le papier, sur une mousse de polystyrène fraîchement extrudée. Cependant, on utilise un adhésif pour coller la mousse de polystyrène à la matière en feuilles. Naturellement, il serait souhaitable d'assembler ces matières sans utiliser d'adhésif. Le problème de la stratification de pellicules de matière plastique 15 préformées sur des mousses devient encore plus difficle à résoudre quand on utilise une pellicule orientée. Si l'on n'utilise aucun adhésif, l'assemblage doit être réalisé par chauffage mais cela tend à détruire l'orientation. De plus, cela provoque en général un plissement de la pellicule. La demanderesse a mis au point *un procédé de stratification d'une 20 pellicule de polystyrène orientée avec de la mousse de polystyrène sans adhésif mais sans détruire l'orientation de la pellicule. On a observé, en fait, qu'il est possible de supprimer les adhésifs en tirant profit de l'action amollisante de certains agents fluidisants sur le polystyrène. Cette action permet de réaliser une bonne liaison à chaud à 25 des températures inférieures à celles considérées antérieurement comme nécessaires. Le procédé selon l'invention pour superposer une pellicule de polystyrène orientée à de la mousse de polystyrène comprend les opérations ci-après : 30 a) extrusion d'une mousse de polystyrène contenant un agent porogène qui a une action amollissante sur la mousse, b) mise en contact de la mousse, contenant encore un reste de-porogène, avec une pellicule de polystyrène orientée et c) assemblage à chaud de la mousse et de la pellicule dans des condi-35 tions ne provoquant pratiquement aucune désorientation de la pellicule. Avec ce procédé, l'assemblage à chaud est réalisé dans des conditions qui provôquent une désorientation faible ou nulle de la pellicule de 70 40867 2067310 polystyrène. Ces conditions doivent être convenablement choisies, en particulier en ce qui concerne la tempéraure. Le présent procédé permet de réaliser la liaison à des températures plus basses qu'antérieurement, ce qui permet de conserver l'orientation. 5 L'action de la chaleur sur la pellicule orientée peut être expliquée comme suit : le polystyrène n'a aucun point fixe de.fusion ni de ramollissement mais plutôt un intervalle de ramollissement. La température de disparition de l'état vitreux du polystyrène, environ 90°C, est une température à laquelle le polystyrène commence à passer d'un état vitreux, dur, à l'état caoutchouteux 10 ou élastique. Si l'on réchauffe une pellicule de polystyrène orientée biaxiale-ment, cela commence à faire apparaître des contraintes couramment dénommées contraintes libérées par désorientation vers 90° à 93°C. L'intensité des contraintes développées dans la pellicule orientée est fonction de la loi de variation de la température en fonction du temps pour le cycle de réchauffage 15 ainsi qu'une fonction des conditions de mise en oeuvre de l'opération originelle d'orientation comme, par exemple, le taux d'étirage, les températues et la température de refroidissement brusque. - Pour des cycles rapides de réchauffage, les contraintes libérées par désorientation sont très faibles au-dessous d'environ 110°C, mais augmentent très rapidement jusqu'à un 20 maximum entre 113 et 116°C. Si la pellicule de polystyrène orientée est chauffée au-dessus de 116°C, elle commence à perdre son orientation à moins qu'elle ne soit retenir énergiquement d'une manière quelconque. L'importance de la diminution du degré d'orientation est fonction du temps et de la température et augmente en même temps que les températures et les 25 durées. Une désorientation de la pellicule de polystyrène peut provoquer un plissement et une rupture de la pellicule superficielle pendant le collage à chaud à la surface de la mousse. De plus, la désorientation de la surface de la pellicule du stratifié provoque une détérioration des 30 caractéristiques mécaniques de la structure laminaire finale y compris une diminution de la résistance à la traction, de l'allongement maximal et de la ténacité. Etant donné que la désorientation est une fonction de temps et de la température, il en résulte que la désorientation peut être réduite au 35 minimum en raccourcissant les durées de chauffage ou en abaissant les températures. Cependant, en pratique, le temps pendant lequel la pellicule est exposée à la chaleur dépend de la vitesse linéaire étant donné que les composants de l'appareillage sont déterminés les uns en fonction des 70 40867 3 2067310 autres. Par conséquent, pour une vitesse linéaire donnée, il existe une température maximale de liaison qui ne doit pas être dépassée» Cette température peut être considérée comme la température de désorientation. On a observé qu'il faut éviter en général de dépasser 116°C. Aux vitesses liné-5 aires normales, les températures supérieures à cette valeur peuvent provoquer une désorientation tout au moins partielle. La température de soudure de 1'intersurface doit être comprise entre environ 102 et 107cC, de préférence être égale à 105°C pour une bonne liaison, bien quelle puisse varier en fonction des caractéristiques 10 mécaniques de la pellicule de polystyrène orientée biaxialement et d'autres caractéristiques de la pellicule et de la mousse constituant le stratifié. Elle peut dépendre également du porogène. Si l'on utilise du pentane, une température de 105°C est en générai satisfaisante. Une mousse de polystyrène qui a été extrudée en utilisant un poro-15 gène qui a une action plastifiante faible ou nulle sur la mousse -par exemple un fréon- ou une mousse qui a été extrudée en utilisant du pentane, mais qui a été conservée pendant un certain temps si bien que,lors de la stratification, elle contient très peu de pentane résiduel, oblige à porter l'intersur-face à une température de soudage de l'ordre de 118°C pour réaliser une 20 liaison efficace entre ces mousses et. la pellicule de polystyrène orientée. Ce mode opératoire, dans ce cas, nécessite également•un réglage si précis de la température dans un intervalle étroit de température de soudage qu'on le considère comme inutisable aux vitesses de febrication satisfaisantes du point de vue économique. 25 Au dessin annexé, qui est donné uniquement à titre d'exemple : - la figure 1 représente schématiquement une forme de réalisation d'appareil utilisable pour produire des stratifiés pellicule-mousse selon le procédé de l'invention ; - la figure 2 est un schéma semblable à celui de la figure 1, re-30 présentant une forme de réalisation d!un appareillage utilisable pour obtenir des stratifiés à trois couches selon le procédé de l'invention. Comme l'indique la figure 1, un appareillage 11 normalisé d'extrusion est utilisé cour extrader un tube de mousse de polystyrène. Des procédés classiques d'extrusion peuvent être utilisés pour produire la mousse de 35 polystyrène utilisée dans le procédé selon l'invention. Par exemple, on peut obtenir une mousse en extradant des perles de polystyrène contenant un agent porogène tel que le pentane. En variante,, un procédé d'extrusion 70 40867 4 2067310 à injection "directe peut être utilisé : dans ce procédé, des pastilles de résine de polystyrène sont introduites dans une extrudeuse classique et, lorsque le polystyrène est transformé en une masse fondue à l'intérieur de 1'extrudeuse, un porogène,, par exemple du pentane, est injecté dans 5 la masse fondue. Le mélange de polystyrène fondu et de pentane est ensuite extrudé à travers une filière tubulaire pour former un tube de mousse de polystyrène. Le tube de mousse de polystyrène est étiré autour d'un mandrin de formage 14 et coupé ensuite par un couteau 15 pour former une feuille plane 13 de mousse de polystyrène. Une bague 12 de refroidissement de 1"extrudeuse 10 peut être incorporée pour faciliter l'opération de formage pour l'obtention du tube de polystyrène. La feuille 13 de mousse de polystyrène passe ensuite à travers des rouleaux 16 de réglage de la tension., contre un rouleau fou 191 et sur la surface d'un tambour 22 tournant, refroidi intérieurement. Le tambour 22 peut être refroidi intérieurement en faisant circuler à l'intérieur 15 des fluides pour maintenir constante sa température, de manière à obtenir des conditions de transfert de la chaleur uniformes pour le rouleau de soudage. Une pellicule 17 de polystyrène orienté provenant d'un rouleau débiteur de pellicule passe contre un cylindre de renvoi 19 et est mise en contact avec un rouleau chauffé 20. Le rouleau chauffé peut être maintenu 20 à une température comprise entre environ 49 et 104°C et de préférence voisine de 88°G. Le rouleau 20 peut être chauffé en utilisant des sources de chaleur extérieures telles que des lampes à infrarouge ou, en variante, en utilisant des fluides cédant de la chaleur mis en circulation à l'intérieur.On peut citer comme autres procédés de réchauffage de la pellicule sa mise en 25 contact avec le rouleau de soudage 21 à une faible distance en amont de 1'étranglement. Après que la pellicule orientée 17 de polystyrène a été réchauffée par contact avec le rouleau chauffé 20, on la fait passer dans l'étranglement formé entre le rouleau de soudage 21 et le tambour de refroidissement 22 où 30 elle est superposée à chaud à la mousse de polystyrène 13 avançant continûment et passant contre la surface du tambour refroid. 22. Le rouleau 21 de soudage peut être maintenu à une température comprise entre environ -121 et 177°C et est de préférence maintenu à une température comprise entre eriviivjn 143 et 160°C. Ces températures, fonction de l'épaisseur et de 'Jui vices.s-; .?e la 35 pellicule, sont nécessaires pour obtenir une température ds 1 'int-.-.r svrfsce d'environ 104°C, nécessaire pour la soadare s eha-id. La mo-.si.-s i ëe p; i ••'styrène maintenant superposée à la pellicule de polystyrène orientée ass-se a:;auite BAD ORIGJNAL 70 40867 5 2067310 au-dessous d'un rouleau de renvoi 19"et s'enroule sur un rouleau récepteur 24» En variante, on peut soumettre le stratifié de pellicule-mousse 23 à d'autres traitements, par exemple des opérations de formage. La surface de la pellicule de polystyrène en contact avec la mousse de polystyrène peut avoir 5 reçu antérieurement une impression constituée par des motifs décoratifs. Le rouleau de soudage 21 est employé pour réaliser une liaison appropriée entre la pellicule de polystyrène orientée et la mousse. La température à laquelle le rouleau de soudage doit être maintenu dépend évidemment de la température de l'intersurface pellicule-mousse nécessaire 10 pour réaliser une liaison suffisante, de la température d'arrivée de la pellicule et de la mousse, de l'épaisseur de la pellicule, du mode de construction et de la matière du rouleau de soudage et des vitesses utilisées. Cependant, il est préférable d'opérer entre 143 et 160°C. On a observé que , lorsque l'épaisseur d'une pellicule augmente, la 15 vitesse linéaire doit être réduite. Par exemple, les vitesses-limites pour des pellicules d'épaisseur différente sont les suivantes : 25 microns-38m/mn; 50 microns- 30,5 m/mn; 75 microns-21 m/mn; 115 microns-6alm/mn. Les températures du rouleau de soudage nécessaires pour l'obtention de liaisons pellicule-mousse satisfaisantes varient avec la-vitesse linéaire 20 et l'épaisseur de la pellicule. Les intervalles de températures indiqués dans les modes d'exécution particuliers ci-après se rapportent à des vitesses linéaires d'environ 12 à 18 m/mn et des épaisseurs de pellicule d'environ 25 à 75 microns. Par conséquent;, il est évident que lorsque la vitesse linéaire augmente , la température de réchauffage nécessaire de la pellicule 25 ou de la mousse avant la stratification doit être supérieure aux températures particulières de réchauffage indiquées ci-après. Comme indiqué ci-dessus, dans les cas où la mousse a été formée antérieurement et contient des quantités négligeables de pentane résiduel, on se heurte à des difficultés quand on essaie de réaliser une soudure à 30 chaud efficace entre la pellicule et la mousse pour des températures du rouleau de soudage comprises entre 143 et 160°C.„ On doit alors recourir à des températures plus élevées pour réaliser une liaison satisfaisante entre la mousse et la pellicule, par exemple une température de 118°C de 11 intersurface et une température du rouleau de soudure de l'ordre de 177°C et plus, pour 35 des vitesses et des épaisseurs comparables de la pellicule. 11 se produit à ces températures une désorientation et une rupture de la pellicule de polystyrène orientée. Si l'on essaie de superposer des pellicules de polystyrène 70 40867 6 2067310 orientées à. de la mousse de polystyrène ne contenant pas de plastifiant pour des températures inférieures du rouleau de soudure (143 à 160°C5 ces températures inférieures étant choisies de manière à éviter toute désorientation de la pellicule orientée, on observe qu'on n'obtient pas une soudure effective 5 à chaud et on nbbserve souvent aucune liaison de la pellicule à la surface de la mousse. La figure 2 représente un autre mode opératoire dans lequel une pellicule de polystyrène orientée est superposée aux deux faces d'une nappe aplanie de mousse de polystyrène. Cette nappe aplanie est obtenue en coupant 10 une masse tubulaire extrudée de mousse de polystyrène de la manière indiquée sur la figure 2. Comme l'indique la figure 2, une pellicule orientée de polystyrène 25 est amenée d'un rouleau 25 débiteur de pellicule contre un rouleau de renvoi 27 et mise en contact avec un cylindre chauffé 28. Un appareillage synchroni-15 sé d'extrusion de la pellicule peut être utilisé, en variante, comme source de pellicule. Le cylindre chauffé 28 peut être maintenu à une température comprise entre environ 49 et 104°C et de préférence à une température voisine de 88°C. Le cylindre 28 peut être chauffé en utilisant des sources de chaleur extérieures, non représentées, par exemple des lampes à infrarouge ou en y 20 faisant circuler intérieurement des fluides cédant de la chaleur. Après que la pellicule orientée de polystyrène 25 aéfcé réchauffée par son contact avec le cylindre chauffé 28, elle passe dans 11 étranglement formé entre le rouleau de soudure 29 et le tambour de refroidissement 30 où elle est superposée à chaud à la masse 13a de polystyrène avançant continuellement et passant contre 25 ' la surface du tambour de refroidissement 30. Le rouleau de soudure 29 •■>eut être maintenu aux températures indiquées pour le rouleau de soudure 21. La mousse de polystyrène, dont une surface est maintenant revêtue d'une pellicule de polystyrène orientée, passe autour du tambour de refroidissement 30 et vient en contact avec la surface du tambour de refroidissement 30 2Za_ et ensuite, alors qu'elle est pincée par le cylindre 2 La chaud de soudure, la surface sans revêtement de la mousse est superposée à une seconde pellicule 17a de polystyrène orientée qui a été réchauffée de la manière indiqi* 4e ci-dessus en utilisant le cylindre chauffé 20a. La stratifié â trois couches comprenant une âme en mousse de polystyrène et des couches extérieures constituées 35 par une pellicule orientée de polystyrène paose de la surface du tambour 22a de refroidissemecfc tournant continuel Icn-ec.*;, au-dessous du rouleau de renvoi 19"a et s'enroule sur le rouleau récepteur 24a. En variante, ïe stratifié de BAD ORIGINAL 70 40867 7 2067310 pellicule-mousse peut être soumis à d'autres traitements, par exemple des opérations de formage. De plus, la surface de l'une ou des deux pellicules de polystyrène qui sont soudées à chaud à la mousse de polystyrène peut avoir reçu antérieurement une impression. 5 Gomme indiqué ci-dessus, on tire profit de l'action plastifiante du porogène utilisé pour obtenir la mousse de polystyrène. C'est-à-dire, étant donné que le porogène a une action amollissante sur le polystyrène, une liaison efficace à chaud de la mousse peut être obtenue à des températures inférieures à celles qui provoquent une désorientation de la pellicule de 10 polystyrène orientée. On peut employer des porogènes très divers qqi agissent de cette manière sur la feuille de mousse de polystyrène. Bien que le porogène préféré soit le pentane, on peut citer comme exemple d'autres porogènes qui peuvent être utilisés selon le procédé de la présente invention : 1'isopentane, le propane, l'acétone, l'acétate de méthyle ou des hydrocarbures aliphatiques , 15 tels que l'hexane ou l'heptane. La pellicule de polystyrène orientée peut être obtenue par une opération d'extrusion d'une feuille en gaine dans laquelle un tube soufflé constitué par une pellicule cristalline de polystyrène est formé puis soufflé et enroulé à une vitesse supérieure à la vitesse d'extrusion du tube de la 20 filière, de manière à communiquer à ce tube des orientations parallèles et perpendiculaires à la direction d'avance de la machine, avant qu'il ne s'aplatisse et ne soit ensuite coupé de manière à former une pellicule en feuille orientée. La pellicule de polystyrène orientée biaxialement utilisée dans le 25 procédé de stratification décrit aux exemples 1 et 2 ci-après est obtenue à partir d'une résine de polystyrène dénommée "Sinclair Koppers D-8" par le fabricant. Cette résine est introduite dans une extrudeuse classique du type à vis tournante ayant un rapport longueur/diamètre de 24/1. On fait passer 1'extradât de polystyrène provenant de 1'extrudeuse, à une température 30 voisine de 187°C, dans une filière tubulaire classique, La température de cette filière est mainteme à environ 177°C et la pression dans cette filière 2 est d'environ 330 kg/cm „ On maintient la largeur de l'orifice de la filière à 0,6 mm environ et lorsque le polystyrène fondu sort par l'orifice, il est étiré» c'est-à-dire soufflé,, en utilisant le procédé classique des bulles 35 d'air incluses. Le rapport de soufflage du tube de polystyrène est d'environ 10/1. Le tube soufflé est aplati en utilisant des plaques de compression classiques et des rouleaux presseurs. Les rouleaux presseurs sont entraînés s 10 15 70 40867 s 2067310 à une vitesse supérieure à celle de sortie de 1®extrudeuse aux lèvres de la filière afin d'étirer l'extrudat et de lui communiquerune orientation parallèle au sens d'avance de la machine. Le taux d'orientation dans la direction d'avance de la machine est d'environ 2S5/1„ On obtient une orientation perpendiculaire à la direction de l'avance en soufflant le tube afin d'augmenter son diamètre, entre la filière et les rouleaux presseurs. Des anneaux d'air extérieurs sont utilisés pendant l'opération d'extrusion pour refroidir l'extrudat lorsqu'il sort de la filière à la température désirée d'orientation, voisine de 116°C, lorsqu'il est étiré biaxialement. La pellicule de polystèrene orientée biaxialement avait les propriétés ci-après : Propriétés de la pellicule limite allongement module d'Young élastique Direction d'avance 745 kg/cm^ 5% 29 737 kg/cm^ de la machine Direction perpendicu laire à machine 2 2 laire à l'avance de la 7 30 kg/cm . 5% 29 667 kg/cm Exemple 1 20 Un tube de mousse de polystyrène est formé en utilisant le procédé d'extrusion par injection directe décrit dans le brevet des EUA n° 3 444 283 en utilisant du pentane comme porogène. Comme l'indique la figure 1, le tube de mousse de polystyrène est étiré autour d'un mandrin 14 de formage et coupé ensuite avec un couteau 15 pour former une feuille 13 plane de 25 mousse de polystyrène . Le rapport de soufflage du tube de mousse de polystyrène est d'environ 6/1 et l'épaisseur de la feuille 13 de mousse de polystyrène obtenue à partir du tube est d'environ 1,8 mm. La densité de cette mousse est d'environ 0,07. On fait passer ensuite la feuille de mousse 13 entre des rouleaux 16 de réglage de la tension, autour du rou-30 leau de renvoi 19' et contre la surface du tambour 22 refroidi intérieurement. Le tambour 22 est maintenu à une température d'environ 21°C. Une pellicule orientée biaxialement de polystyrène d'épaisseur voisine de 50 microns, et obtenue ea utilisant le procédé d'extrusion d'une feuille en gaine décrit ci-dessus3 avance à partir du rouleau débiteur 17 autour du rouleau de ren-35 voi 19 et vient en contact avec le rouleau chauffé 20 qui est maintenu à une température d'environ 88°C. Après son passage au contact du rouleau chauffé 20s la pellicule 17 réchauffée orientée biaxialement passe dans 18 étranglement BAD ORIGINAL 70 40867 9 2067310 formé entre le rouleau 21 de soudure et le tambour de refroidissement 22 où elle est superposée à chaud à la mousse 13 de polystyrène avançant continuellement et passant contre la surface du tambour refroidi 22. La température du rouleau de soudure 21 est maintenue vers 149°C. Le rouleau 21 de soudage 5 est un rouleau en acier chromé de 15 cm de diamètre. Le stratifié qui sort de l'étranglement formé par le rouleau de soudure 21 et le tambour 22 a environ 1,2 mm d'épaisseur. La vitesse linéaire pour la production d'un stratifié est d'environ 12 m/mn. Le stratifié 23 est caractérisé par une excellente liaison entre la surface de la pellicule 17 orientée de polystyrène et celle 10 de la couche de mousse 13. Cette opération de stratification à chaud ne provoque aucune désorientation de la pellicule orientée faisant partie du stratifié. Exemple 2 15 Un stratifié à trois couches comportant un noyau intérieur de mousse de polystyrène et des couches extérieures constituées chacune par une pellicule orientée biaxialement de polystyrène est obtenu en utilisant l'appareillage représenté sur la figure 2. Les conditions d'extrusion pour la mousse de polystyrène sont identiques à celles de l'exemple 1. Les épaisseurs 20 des deux pellicules de polystyrène 17a et 25 orientées biaixialement, l'épaisseur de la mousse de polystyrène, les vitesses linéaires et la température des rouleaux chauffés, des rouleaux de soudure et des températures de refroidissement sont identiques à celles indiquées à propos de l'exemple 1. Le stratifié à triple couche produit, comportant un noyau intérieur de mousse 25 de polystyrène et des couches extérieures constituées chacune par une pellicule de polystyrène orientée* a une épaisseur d'environ 1 mm. L'adhérence des pellicules orientées à la mousse du stratifié final est excellente et les pellicules orientées constituant ledit stratifié ne présentent aucun indice de désorientation à la suite de l'opération de stratification à chaud. 30 Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs et procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. 70 40867 10 2067310 REVENDICATIONS 1 - Procédé d'obtention d'un stratifié constitué par de la mousse de 5 polystyrène et une pellicule de polystyrène orientée, par extrusion de la mousse contenant un porogèneet ari-vie d'une liaison à chaud de ladite mousse à ladite pellicule, caractérisé en ce que le porogène a une action plastifiante sur le polystyrène, la pellicule et la mousse étant liées entre elles à une température et pendant un intervalle de temps qui ne provoquent pratiquement 10 aucune désorientation de la pellicule. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la liaison à chaud est réalisée à une température inférieure à 116°C, de préférence comprise entre 102 et 107°C.