Brevet FR2106403A1 — publié le 19720505

la présente invention concerne le façonnage des matières plastiques et, plus spécifiquement, un procédé et un appareil d'extrusion pour produire une bande ou pellicule en matière plastique. 5 Dans l'art antérieur il est connu de préparer des pellicu les et feuilles en résine synthétique dans lesquelles plusieurs couches adhèrent les unes aux autres de façon à obtenir une structure résultante présentant des caractéristiques particulières. On peut obtenir des bandes stratifiées composites en collant 10 les feuilles individuelles au moyen d'adhésifs ou bien en utilisant un adhésif fondu pour l'une des couches. On a constaté que généralement de telles méthodes non seulement prennent beaucoup de temps et sont chères, mais n'offrent pas la possibilité de faire varier les épaisseurs des différentes couches de la bande 15 stratifiée sans difficultés» Par exemple lorsqu'on prépare une bande feuilletée plastique en faisant adhérer ensemble deux ou plusieurs feuilles distinctes, les feuilles utilisées doivent avoir une épaisseur uniforme dans chaque couche individuelle en tous points et ceci est difficile à obtenire 20 En tentant d'obvier aux difficultés mentionnées on a uti lisé la co-extrusion et une technique pouvant être prise comme exemple consiste à extruder deux ou plusieurs couches séparées et à les combiner dans une filière présentant dans l'ensemble une structure coaxiale, qu'on désigne dans la technique comme 25 filière à l'intérieur d'une filière, présentant deux fentes coplanaires» L'une de ces fentes représente la fente d'extrusion d'une filière disposée à l'intérieur d'une autre filière et cette combinaison fournit une pellicule à trois couches dans laquelle les couches extérieures sont faites de la même matière et la cou-30 che intérieure provient de la filière intérieure„ Un désavantage d*une structure de ce genre réside dans le fait qu'elle est généralement assez chère et ne peut pas être obtenue à partir de filières à fente classiques sans qu'on y ait apporté des modifications assez importantes. 35 II est encore connu, dans la technique de la co-extrusion, d'utiliser une filière à feuilles ou une filière à extrusion par fente qui présente un passage interne,adapté à recevoir des courants concentriques de matières résineuses thermoplastiques plastifiées par la chaleur f^une paire de lèvres de filière écar-40 tées l'une de l'autre qui sont construites et disposées de façon 71 32452 2 2106403 à former une fente ou orifice d'extrusion allongé, la fente ou orifice d'extrusion étant en communication avec le passage interne, et de disposer alors dans ce passage des moyens d'étranglement des courants qui s'étendent longitudinalement à son inté-5 rieur dans la direction de la fente d'extrusion et qui sont également écartés des parois du passage interne. A nouveau on a trouvé qu'il était extrêmement difficile, avec les agencements de l'art antérieur, d'alimenter la filière par des matières résineuses en quantités et vitesses différentes pour obtenir, 10 dans la bande stratifiée résultante, des épaisseurs de couches individuelles qui seraient uniformes sur toute leur longueur et largeur, sans mélange mutuel important des composants de la feuille stratifiée» la présente invention vise particulièrement un procédé de 15 co-extrusion de matières plastiques et un appareil à cet effet, dans lesquels on prévoit un dispositif d'extrusion de construction connue, comportant une trémie pour amener la matière plastique granulaire au tambour de l'extrudeur, qui loge à son intérieur une vis d'extrusion actionnée par des moyens à moteur 20 par l'intermédiaire d'un système réducteur à engrenages. Comme différence vis-à-vis de la pratique de l'art antérieur, on prévoit dans l'invention un organe de jonction, appelé par la suite "boîte de jonction" qui comporte, fixé à son intérieur, une ou plusieurs plaques déviatrices, dont le nombre peut varier sui-2 5 vant le nombre de couches de matières plastiques désiré dans l'article résultant, la plaque ou les plaques déviatrices peuvent peuvent être réglées pour faire varier les épaisseurs des couches plastiques et également on peut utiliser des systèmes de vannes pour régler la vitesse de la matière plastique en écoulement. 30 Suivant un aspect important de l'invention l'orifice d'alimentation où la jonction est établie entre les matières plastiques est non circulaire, soit par exemple, sensiblement rectangulaire ou carré « Ceci permet d*utiliser des proportions variables des différentes matières, tout en maintenant l'uniformité des épais-35 seurs relatives des matières sortant de la filière. Grâce aux dispositions de l'invention, la jonction particulière prévue produit une interface définie entre les deux ou différentes matières, en leur permettant de s'écouler dans un canal commun sans mélange mutuel. 4-0 L'invention sera mieux expliquée et comprise en se référant, 71 32452 3 2106403 à titre d'exemple non limitatif, à la description qui va suivre et en se reportant aux dessins ci-annexés, parmi lesquels : la figure 1 est une élévation latérale d'un appareil d'extrusion construit selon l'invention en combinaison avec une 5 filière à fente pour feuilles et un mécanisme collecteur ; la figure 2 est une élévation d'une partie de la boîte de jonction selon l'invention ; la figure 3 est une coupe prise sensiblement suivant la ligne III-III de la figure 1 et montrant une autre partie de la 10 boîte de jonction avec une plaque déviatrice qui lui est attachée ; la figure 4 est une coupe prise sensiblement suivant la ligne IV-IY de la figure 3 ; la figure 5 est une coupe prise sensiblement suivant la 15 ligne V—Y de la figure 4, juste en aval de la plaque déviatrice et illustrant la forme de la bande stratifiée obtenue par l'invention ; la figure 6 est une vue du produit formé qui illustre clairement l'uniformité de la structure stratifiée obtenue par 20 l'invention, en montrant qu'il y a un recouvrement complet des couches co-extrudées ; les figures 7 et 8 représentent de façon générale les structures obtenues en opérant suivant les enseignements de l'art antérieur, la figure 8 étant une coupe d'extrémité du produit 25 résultant qui montre qu'une jonction incomplète est obtenue aux extrémités latérales des matières feuilletées, ce qui requiert leur finition j la figure 9 est une coupe d'une boîte de jonction et d'une multiplicité de plaques déviatrices construites conformément à 30 l'invention et permettant la production d 'une bande stratifiée comprenant au moins trois matières plastiques semblables ou dissemblables ; la figure 10 est une coupe transversale prise sensiblement suivant la ligne X-X de la figure 9 ; 35 la figure 11 est une vue supplémentaire illustrant un autre .mode de réalisation de l'invention dans lequel une multiplicité de courants de matière thermoplastique s'astemble pour fournir une bande stratifiée à trois épaisseurs au moins ; la figure 12 est une vue transversale prise sensiblement 40 suivant la ligne XII-XII de la figure 11 pour illustrer plus 71 32452 4 2106403 complètement l'une des nouvelles conceptions de l'invention et la figure 13 est une vue en plan du dessus schématique d'un appareil d'extrusion pour alimenter, par une multiplicité de courants de matière thermoplastique, une boîte de jonction 5 présentant à son intérieur la structure de plaque déviatrice requise, afin d'alimenter la filière à pellicule par une bande stratifiée exempte de tout mélange mutuel de matières thermoplastiques semblables ou dissemblables. Si l'on se reporte maintenant aux dessins et tout d'abord 10 à la figure 1, on voit que l'appareil d'extrusion A comprend une trémie 20 contenant des matières thermoplastiques granulaires qui sont amenées à un tambour extrudeur 22 renfermant une vis (non représentée) entraînée par un système moteur 24 par l'intermédiaire d'un système réducteur à engrenages 26 pour, plastifier 15 la matière granulaire et forcer celle-ci à passer à travers une filière à fente 28 vers un mécanisme collecteur qui est désigné dans l'ensemble par le repère 30 et qui comprend, comme habituellement, une structure support 32 supportant une multiplicité de rouleaux 34a à 34cyÉournant en sens contraire. L'appareil 20 d'extrusion A est bien connu dans la technique existante et incorpore tout équipement nécessaire tel que des radiateurs de tambour 36 et une base support 38. Sur les figures 2, 3 et 4 on a représenté au mieux une forme de boîte de jonction et d'un organe déviateur associé qui 25 permet d'utiliser des proportions différentes d'au moins deux matières thermoplastiques, tout en fournissant une structure émergente qui présente des épaisseurs de couches uniformes et cet ensemble esVdésigné par le repère 40. Comme on le voit la structure unitaire boîte de jonction - organe déviateur comprend 30 une première plaque 42 présentant un passage axial en 44 et pourvue d'ouvertures d'entrée et de sortie, respectivement 46 et 48. La structure boîte de jonction - plaque déviatrice 40 comprend en outre une deuxième plaque 50 adaptée à la plaque 42, la plaque 50 présentant un passage en 52 dans une direction qui 35 est diagonale dans l'ensemble. Comme on le voit au mieux sur les figures 3 et 4» le passage 52 présente une ouverture d'entrée 54 et une ouverture d'évacuation 56 qui communique avec un passage 58 rapporté à son extrémité opposée, soit en 60. Sur la surface intérieure de la plaque de jonction 50 on a 40 mojrbé une plaque déviatrice 62, grâce à des moyens d'attache 64. 71 32452 5 2106403 La plaque déviatrice 62 est placée à une extrémité du passage 58 en le fermant partiellement, de sorte que la matière plastique fondue qui est admise à travers l'ouverture 54 est évacuée par l'ouverture 56 dans le passage 58, déviée vers le passage d'éva-5 cuation 48, rejoint sans mélange mutuel une matière plastique fondue admise par l'ouverture 46 dans le passage axial 44 et est déchargée en combinaison avec la matière thermoplastique à partir du passage 58, en sortant sous forme d'une structure composite ayant sensiblement la configuration de la figure 5. Comme il 10 apparaît d*après cette dernière, l'ouverture d'évacuation 48 est sensiblement rectangulaire et sur les figures 5 et 6 la matière s'écoulant à partir du passage 44 est désignée sur cette vue par la dénomination T, tandis que la matière thermoplastique qui lui est combinée et qui admise à partir du passage 58 est désignée 15 sur la même vue (figure 5) par Bo II est bien évident que les épaisseurs relatives des couches de matières plastiques I et B peuvent varier largement suivant l'usage envisagé de la structure composite finale et cette variation de l'épaisseur de pellicule peut être obtenue de diverses façons, par exemple en prévoyant 20 des moyens de réglage pour la plaque déviatrice 62 ou des moyens de réglage pour commander le débit des matières plastiques dans les passages 44 et 58 ou en faisant varier le débit de l*extru-deur6 En tout cas il est manifeste, d*après les figures 5 et 6, que les couches thermoplastiques sont coextensives suivant leur 25 largeur et par suite il n'y a pas de portion défectueuse qui ait besoin d'être recoupée sur les bords de la couche feuilletée et rejetée ou bien recyclée dans la trémie 20 de l'appareil d'extrusion Ào Comme il est assez manifeste également d'après la description précédente, si l'on emploie deux matières dissemblables 30 dans la couche feuilletée, on utilisera des dispositifs d'extrusion séparés ; ceci sera exposé plus en détail lors de la description des figures 9 à 13o L*avantâge évident d*employer, en aval de la plaque déviatrice 62, un passage d'évacuation 48 sensiblement rectangulaire 35 ou carré apparaît lorsqu'on compare les figures 5 et 6 aux figures 7 et 8, ces deux dernières vues illustrant la structure thermoplastique composite obtenue lorsqu'on utilise un passage d'évacuation sensiblement circulaire„ Comme on le voit sur ces deux dernières vues, la bande stratifiée résultante comprend une 40 couche de dessus semi-circulaire T' et une couche thermoplastique 71 3245^ 6 2106403 de fond semi-circulaire B'» qui forment nécessairement, en regardant la figure S, aux côtés opposés de la couche feuilletée, des portions défectueuses s'étendant axialement, telles qu'en 66 et 68o Ces portions défectueuses doivent être coupées de la 5 couche composite par tout moyen convenable,.et rejetées ou bien recyclées dans la trémie de l'appareil d'extrusion. Avant de procéder à la description d'autres modes de réalisation d'appareils d'extrusion selon l'invention, il faut noter qu'on peut préparer diverses combinaisons de couches plastiques 10 suivant l'usage envisagé de la structure composite résultante» Par exemple une feuille stratifiée faite, de polyéthylène à faible densité et de polyéthylène à densité élevée est utilisable pour contenir des liquides, pour faire des revêtements de récipients renfermant des liquides, pour des sacs à ébullition (boil-i^ags) 15 et des sacs de déchets. Une combinaison de polyéthylène à densité moyenne et de polyéthylène à densité élevée convient pour les mêmes applications, mais est aussi tout à fait efficace comme pellicule rétrécissante. Des emballages pour l'alimentation, des sachets à déchirer pour les ouvrir et des paquets pharmaceutiques 20 sont faits d'une manière connue de mélanges de polyéthylène à faible densité et d'éthylène-vinyl-acétate avec du polyéthylène à densité moyenne pour des sacs à déchets et pour l'emballage des aliments et des liquides, car ils offrent une bonne résistance aux chocs et une gamme relativement large de possibilités 25 de fermeture à la chaleur. Egalement le polyéthylène à forte densité et l'éthylène-vinyl-acétate ont trouvé leur utilisation dans des sacs spéciaux et la combinaison polyéthylène à densité moyenne—polypropylène - polyéthylène à forte densité a été reconnue comme convenant pour 1' emballage du pain et des aliments. 30 Pour l'emballage ultérieur du café et des médicaments, requérant de la résistance à l'huile et aux graisses, le polyéthylène à faible densité et le chlorure de polyvinyle conviennent tout à fait. Bien des applications citées peuvent être également satisfaites par une combinaison d'un ionomère et de nylon. 35 II est également connu qu'un avantage important de la coextrusion, en comparaison avec des monofilms ultérieurement revêtus ou stratifiés sur un autre substrat, réside dans le coût de l'équipement. La production de monofilms implique un procédé en plusieurs étapes requérant un équipement multiple et habi-4-0 tuellemerrt cher, tandis que la coextrusion est une opération avec 71 32452 7 2106403 une seule machine et en une seule fois. Par suite on élimine le besoin d'utiliser des additifs, des solvants, des bains fondus, etc.. pour combiner des âmes séparées, ainsi que d'avoir un équipement de maniement des âmes pour les pellicules de faible 5 épaisseur. Il est également possible d'utiliser des couches plus minces de pellicules très chères en coextrusion et de plus l'investissement dans les pellicules à prix élevé est sensiblement réduit. En revenant maintenant à nouveau aux dessins et particu-10 lièrement aux figures 9 à 13, il est également dans le cadre de l'invention de fournir une structure stratifiée qui, à titre d'exemple/comprend trois couches de matières thermoplastiques, soit par exemple des couches extérieures présentant des propriétés physiques et chimiques semblables dans l'ensemble, qui 15 s'appuient sur une couche intermédiaire présentant des caractéristiques physiques et chimiques différentes. En plus, les trois couches de la structure stratifiée peuvent être tout à fait différentes quant à leurs propriétés, en différant individuellement l'une de l'autre pour former un paquet présentant par 20 exemple des propriétés différentes du point de vue de la perméabilité à l'humidité ou aux vapeurs, de la possibilité de scellement par la chaleur, etc... la fabr^catiçn d'une bande stratifiée plastique composite à trois coucêe^normalement trois extrudeurs fonctionnant indé-25 pendamment et une disposition structurelle type convenant à cet effet est illustrée schématiquement sur la figure 13. Comme on le voit sur cette figure les appareils d'extrusion A-1, A-2, et A-3, comprennent respectivement des trémies 70, 72 et 74 reliées à des tambours 76, 78 et 80, qui renferment tout type voulu 30 d'agencement de vis (non représentée) supporté par des structures 82, 84 et 86; les matières granulaires thermoplastiques alimentent les trémies et sont plastifiées par les vis dans les tambours d'une manière bien connue dans la technique,» Dans le but de régler les quantités et la distribution 35 des vitesses des matières thermoplastiques plastifiées allant des tambours 76, 78 et 80 à une filière à pellicule ou bande 88 par des conduites 90, 92 et 94 dans la boîte de jonction 97 on peut utiliser des dispositifs de vannes 96, 98 et 100» Comme il ressort assez bien de la figure 13, la filière 88 à fente débite 40 dans le mécanisme collecteur 102 une feuille à structure multi- 71 32452 8 2106403 couches gui sort du mécanisme collecteur sensiblement terminée, désignée sur la figure 13 par L® La boîte de jonction et les combinaisons de plaques déviatrices, agissant pour produire une bande stratifiée composite à 5 trois feuilles ou davantage, peut évidemment prendre beaucoup de formes; néanmoins en tout cas il est important pour la production d'une bande stratifiée multi-couches que l'orifice d'évacuation de la boîte de jonction en aval des plaques déviatrices ne soit pas circulaire, afin d'obtenir les résultats améliorés 10 exposés plus haut,, Sur les figures 9 et 10 on voit une disposition de boîte de jonction-plaque déviatrice, particulièrement conçue pour obtenir l'assemblage de trois matières thermoplastiques fondues dissemblables et il est visible que la figure 9 est conçue en général de façon à représenter la combinaison de la 15 boîte de jonction et de la plaque déviatrice 40, comme coupe de la figure 1. Une structure boîte de jonction-plaque déviatrice telle que représentée sur les figures 9 et 10 est désignée dans l'ensemble par le repère 110, la partie boîte de jonction comprenant 20 une paire de blocs 112 et 114, qui sont reliés convenablement entre eux en 116. La combinaison boîte de jonction-plaque 112 est munie de passages en 118 et 120 et également le bloc 114 est percé ou autrement muni d'un passage en 122 pour fournir une jonction en trois pointes de matière plastique fondue dans la 25 région d'une paire de plaques déviatrices espacées 124 et 126 présentant, comme on le voit sur la figure 9, des surfaces chan-freinées ou effilées dans la direction de l'orifice d'évacuation 128 à partir de la structure de boîte de jonction 110. Les plaques déviatrices espacées 124 et 126 sont fixées ou supportées 30 de toute autre manière convenable par les blocs 112 et 114« D'après la description précédente, on admettra comme évident, par rapprochement avec les figures 9 et 10, que le courant de matière plastique fondue, arrivant par le passage 122, passe en-dessous de la plaque déviatrice 126, que la matière fondue acheminée par 35 le passage 118 s'écoule entre les plaques déviatrices 124 et 126 et que la matière fondue s'écoulant par le passage 120 entre en contact avec la plaque déviatrice 124, de sorte que les trois courants fondus se rejoignent aux extrémités des plaques déviatrices et se combinent sans se mélanger pour s1écouler sous forme 40 d'un corps composite depuis le passage d'évacuation 128 jusqu*à 71 32452 9 2106403 la filière 88 à fente. Comme il a été indiqué plus haut, les trois matières plastiques fondues peuvent être dissemblables ou semblables dans leurs propriétés physiques ou chimiques, suivant l'usage ultime de la feuille stratifiée produite. En tout cas 5 l'orifice d'évacuation 128 présente sensiblement la configuration décrite auparavant en relation avec la figure 5, de sorte que bien qu'un corps composé à trois couches soit produit, la bande stratifiée sortant de l'orifice d'évacuation est sensiblement rectangulaire ou carrée et ainsi on peut employer des pro-10 portions variables des trois matières, tout en conservant l'uniformité des épaisseurs relatives des couches sortant de la filière. Sur les figures 11 et 12 on voit un autre mode de réalisation structurelle incorporant les conceptions nouvelles de 15 l'invention, et on s'y référera maintenant. Chaque ensemble boite de jonction-plaque déviatrice qui y est représenté est désigné par le repère 140 et comprend une paire de blocs 142 et 144- les blocs étant chacun pourvus d'un passage ou perforation pour produire un trajet d'écoulement 146 pour la matière 20 thermoplastique fondue qui entre dans un volume 148 situé entre les plaques déviatrices 150 et 152. Chacun des blocs 142 et 144 de la boîte de jonction est également pourvu d'un passage en 154 et 156 destiné à l'écoulement d'une matière thermoplastique fondue ayant essentiellement 25 les mêmes propriétés physiques et chimiques, l'un des courants étant en contact avec la partie supérieure de la plaque déviatrice 150 et l'autre partie avec la surface inférieure de la plaque déviatrice 152, de sorte que les trois courants s'assemblent aux extrémités aval des plaques déviatrices sans mélange 30 mutuel et sortent de la structure de boîte de jonction 140 par une ouverture circulaire 158 formée par les parties de boîte de jonction 142 et 144 pour produire une bande stratifiée composite ayant une section transversale rectangulaire ou carrée, suivant le modèle de la figure 5 dans l'ensemble; néanmoins, il 35 est entendu que la bande stratifiée sera une structure à trois couches comprenant deux polymères. On a illustré et décrit ici différentes variantes de l'invention; néanmoins dans chacune, en prévoyant un orifice d'évacuation de la boîte de jonction sensiblement rectangulaire 40 ou carré , on maintient l'uniformité des épaisseurs relatives 71 32452 10 21.06403 des matières de la bande ou pellicule, bien qu'on emploie des proportions variées des différentes matières thermoplastiques fondues avee des dispositions de réglage convenables, par exemple en modifiant la position de la plaque déviatrice ou des pla-5 ques déviatrices ou en utilisant toute forme voulue de disposition de vannes pour régler les quantités de matières fondues ou en faisant varier le débit de l'appareil d'extrusion. Il apparaît également d'après la description précédente qu'on peut apporter diverses modifications et changements aux 10 structures des appareils et aux conceptions du procédé qui ont été exposés sans sortir de l'idée de l'invention ou de son cadre. 71 32452 n 2106403 HE7E1IDIOAITOMS 1. Appareil d'extrusion pour produire une bande ou pellicule plastique stratifiée, ledit appareil incluant un tambour alimenté en matière thermoplastique granulaire, à l'intérieur 5 duquel ladite matière est plastifiée et dirigée vers une filière, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour définir une chambre, située en amont de ladite filière et présentant une ouverture d'évacuation non circulaire communiquant avec ladite filière et un moyen de déviation disposé à l'intérieur de ladite 10 chambre, susceptible de produire l'assemblage des courants fondus de matière plastique, s'écoulant séparément, avant l'évacuation à partir de ladite ouverture non circulaire, ce qui empêche le mélange mutuel appréciable desdits courants de matière plastique fondus et fournit une bande stratifiée plastique, essentielle-15 ment sans retouche à apporter. 2. Appareil cfextrusion selon la revendication 1, dans lequel le moyen de déviation a, vu en section transversale, la forme générale d'une plaque analogue et dans lequel les courants fondus entrent dans la chambre avec unè orientation angulaire 20 l'un par rapport à l'autre et s'écoulent en contact avec ledit moyen de déviation le long de ses surfaces opposées avant l'assemblage desdits courants. 3« Appareil d'extrusion selon la revendication 1, dans lequel les moyens définissant la chambre comprennent une paire 25 de plaques fixées face à face avec des passages formés sur leurs surfaces intérieures pour fournir des trajets d'écoulement pour les courants fondus des matières plastiques„ 4o Appareil d'extrusion selon la revendication 2, dans lequel les moyens de déviation comprennent une multiplicité de 30 plaques positionnées avec espacement l'une par rapport à l'autre, l'un des trajets d'écoulement pour la matière plastique fondue se trouvant entre lesdites plaques. 5. Appareil d'extrusion selon la revendication 3» dans lequel les passages sont formés, dans l'ensemble, à angle droit 35 l'un par rapport à l'autre, ce qui fait que les courants fondus se combinent avant d'être évacués par ladite ouverture non circulaireo 6c Procédé pour coextruder des matières thermoplastiques 1 32452 12 2106403 fondues, qui comprend l'introduction de courants séparés de matières plastiques fondues le long de trajets d'écoulement différents dans une chambre, la déviation d'au moins un desdits courants à partir de son trajet d'écoulement pour obtenir l'assemblage desdits courants sans qu'il y ait sensiblement de mélange mutuel et l'évacuation desdits courants plastiques assemblés à partir de ladite chambre par une ouverture non circulaire qui y est prévue pour former une bande stratifiée à couches multiples essentiellement sans retouche à apporter.