Brevet FR2273661A1 — publié le 19760102

La présente invention concerne un procédé et un appareil pour fabriquer des plaques thermo-plastiques comportant au moins une feuille. Les feuilles sur les plaques du type décrit améliorent l'apparence de produits thermoformés à partir de ces plaques aussi bden qu'ils donnent lieu à des résultats de performance améliorés. Dans beaucoup de produits qui doivent résis er à des contraintes de chocs, tels que les gobelets pour des machines distributrices, il est habituel de thermoformer les produits à partir de plaques de butadiène-styrene > qui est une matière thermo-plastique ayant des caractéristiques de résistance à l'impact élevé. Malheureusement, ce matériau lorsqutil est extrudé sous forme de plaques, possède un fini terne, mat, qui rend les gobelets fabriqués avec eux moins attirants que ce ne serait le cas lorsque le fini est brillant.Les gobelets fabriqués à partir de plaques de polystyrène cristal ont un fini hautement brillant ; et, alors qu'ils sont plus attirants que les gobelets fabriqués à partir de polystyrène à haute résistance au choc, ils sont trop fragiles pour être dtun usage pratique. Une approche du problème qui consiste à obtenir ltapparence désirée et les caractéristiques de performance, est de thermoformer les gobelets à partir d'une plaque dans laquelle une feuille de polystyrène orienté axialement, par exemple, et appliquée sur une base de polystyrène à haute résistance au choc. La feuille présente le fini brillant désiré tandis que la couche de base fournit la résistance voulue. Les gobelets de machines distributrices thermoformés à partir de plaques stratifiées sont généralement beaucoup plus chers que les gobelets fabriqués à partir de plaques pleines à cause des couts impliqués dans la fabrication des plaques stra tifiées. De telles plaques sont habituellement constituées en appliquant réellement une plaque sur une autre à la suite de l'extrusion de chaque plaque, ou par des procédés drextrusion simultanés utilisant des appareils et des filières complexes. Souvent, il est difficile de convaincre les utilisateurs que l'apparence améliorée d'un produit fini utilisant des plaques stratifiées Justifie le cout supplémentaire. Dans les cas d'autres produits thermoformés où lsaspect extérieur est dominé par des spécifications de performancos obligatoires, il ne peut y avoir autre alternative que d > uti- liser des plaques stratifiées. Des exemples de tels produits sont ceux exigeant des couleurs différentes sur les côtés opposés, celles exigeant un film stable aux radiations sur l'une ou les deux surfaces, ou celles exigeant un film résistant chimiquement sur une ou deux surfaces. Dans chacun de ces cas, la dépense de plaques stratifiées avec des propriétés spéciales en ce qui concerne les plaques de base, peut être Justifiée.Cependant, on peut déduire des avantages évidents de la réduction des couts de fabrication de plaques stratifiées à partir desquelles les produits devront être thermoformés ; et ctest un obJet de la présente invention de prévoir un procédé et un appareil nouveau et amélioré au moyen duquel ltopé- ration de stratification désirée est réalisée pendant la procédure drextrusion de la plaque. Bref sommaire de ltinvention En bref, une plaque thermo-plastique se composant d'une base et d'une feuille est fabriquée en introduisant une tige stratifiée, plastifiée par la chaleur dans une filière classique formant des plaques. La tige stratifiée possède un noyau central de la matière de base et une mince couche exté rieure de matière possédant les propriétés spéciales désirées. La couche extérieure stétend sur moins de la moitié de la périphérie de la section du noyau, si la feuille doit etre située sur un côté de la plaque seulement ; ou, si la feuille doit se situer sur les deux cotés de la plaque de base, elle est déposée en deux couches discontinues, chacune d'elles s'étendant autour de la périphérie de la section du noyau, en fait, en prenant en "sandwich le noyau. La tige stratifiée est constituée en utilisant une filière d'extrusion à élément de centrage interposée entre une filière à extrusion classique de fabrication de tige et la filière d'extrusion de fabrication de plaque. La filière à élé ment de centrage, en raison de ltemplacement et de la taille de son orifice, dépose une couche de matière en feuille plas tifiée par la chaleur sur une partie seulement de la surface extérieure d'une tige plastifiée par la chaleur sur la matiè re de base lorsque la tige est extrudée de la filière consti tuant la tige pour former ainsi la tige stratifiée. La firiè- re formant la plaque extrude la tige stratifiée plastifiée par la chaleur sous la forme de la plaque stratifiée désirée.La zone périphérique dtapplication de matière en feuille sur le noyau est réduite pour permettre une plus grande uniformité de ltenduction à travers la plaque finie. Les caractéristiques les plus importantes de la pré sente invention ont ainsi été exposés dans leur ligne généra le plutôt largement pour que leur description détaillée qui suit puisse etre mieux comprise et pour que la contribution à l'art puisse être mieux appréciée. Il y a, évidemment, des caractéristiques supplémentaires de la présente invention qui vont etre décrites ci-après et qui formeront aussi le sujet des revendications qui y sont jointes. Les spécialistes en la matière apprécieront que la conception sur laquelle cette description est basée peut etre facilement utilisée comme base de création dlautres structures pour mener à bien les différents buts de la présente invention.Il est par conséquent important que les revendications qui seront accordées ici soient suffisamment larges pour éviter l'appropriation de cette invention par les spécialistes en la matière. Brève description des vues des dessins. Pour une compréhension plus complète de la nature et des objets de ltinvention, on doit faire référence à la description détaillée suivante prise en rapport avec les dessins Joints dans lesquels La figure 1 est une représentation schématique d'un ensemble dtextrusions constitué en accord avec la présente invention ; La figure 2 est une vue en coupe de ensemble extrudeuse-élément de centrage représenté à la figure 1 ; La figure 3 est une vue en coupe prise suivant la ligne 3-3 de la figure 2 ; La figure 4 est une vue en perspective d'une partie de ensemble extrudeuse-élément de centrage ; ; La figure 5 est une vue en perspective, partiellement en coupe, représentant la tige stratifiée en cours de cons titution La figure 6 est une modification schématique de lSen semble représenté à la figure 1 pour fabriquer une plaque à trois couches ; La figure 7 est une autre modification schématique pour fabriquer une plaque à cinq couches ; La figure 8 représente des vues en coupes transversales de tiges stratifiées modifiées. Description détaillée En se référant maintenant à la figure 1, le repère 10 désigne, sous forme schématique, un appareil capable de mettre en pratique la stratification désirée pendant la procédure d'extrusion de la plaque. L'appareil 10 se compose d'une paire d'extrudeuses classiques il, 12, un élément de centrage d'extrusion 13, et une extrudeuse pour plaque 14e lSextru- deuse 11 comporte des moyens classiques pour fabriquer une tige 15 de matière plastifiée par la chaleur à ltorifice de sortie d'une filière d'extrusion montée à ltextrémité de sortie de ltextrudeuse. Ltextrudeuse 12, de façon similaire, fabrique une matière plastifiée par la chaleur qui est destinée à devenir la feuille, et fournit cette matière en passant par le conduit 18 vers l'élément de centrage d'extrusion 13. L'élément de centrage, représenté en détail aux figures 2, 3 et 4, permet à une couche 19 de matière produite par ltextrudeuse 12 d'être déposée à la périphérie de la tige 15. Comme il est représenté à la figure 5, la couche 19 recouvre entre 90 et 150 degrés de la périphérie de la section de la tige 15 lorsque celle-ci est extrudée pour constituer une tige 20 stratifiée plastifiée par la chaleur.En tout cas, la feuille 19 est déposée sur la tige 15 tout au long d'un arc qui est inférieur à 18Q degrés (en coupe transversale), quoique la meilleure uniformité de revetement de feuille 24 sur la couche de base ait été réalisée si l'angle d'application (na" dans les figures 3 et 5) se situe entre 90 et 150 degrés. Avec cette disposition, une plaque stratifiée à deux couches 21 est fabriquée en faisant pas ser la tige stratifiée plastifiée par la chaleur 20 à travers là filière 14 d'extrusion pour plaque. La plaque 21, sortant de ltorifice 22 de la filière 14, se compose d'une couche de base 23 en matière de la tige 15, et d'une feuille 24 en matière de la couche 19. D'une manière classique, non représentée, la plaque 21 est refroidie et emmagasinée. En se reférant maintenant aux figures 2, 3 et 4, ltélément de centrage 13 se compose de deux éléments : le mandrin 25 et le boîtier 26 maintenus ensemble par des fixations appropriées (non représentées). Le mandrin 25 se compose dtune collerette 27 possédant une protubérance cylindrique 16 faisant saillie à partir de la face aval 28 de la collerette 27. La face amont 29 de la collerette 27 est pourvue d'une protubérance 30 plus petite qui se centre dans la cavité dtextru- sion de ltextrudeuse 11. La protubérance 16, possédant une surface cylindrique extérieure 17, est pourvue d'un alésage axial 31 constituant une surface dtécoulement pour la matière plastifiée par la chaleur fournie par lgextrudeuse 11 pour fabriquer la tige 150 Le mandrin 25 sert ainsi au même but que, et peut remplacer, la filière dtextrusion à tige classique sur ltextrudeuse 11 qui apporte normalement la matière plastifiée par la chaleur à la filière d'extrusion 14. D'un autre côté, en modifiant de façon appropriée la face 29 du mandrin, la filière habituelle associée à ltextrudeuse il peut être retenue. Dans ce cas, l'élément de centrage serait interposé entre la filière classique de ltextrudeuse 11 et la filière à plaque 14. Le boîtier 26 est pourvu dtun évidement 32 fraisé qui possède une première partie 33 (figure 3), défini par une surface cylindrique épousant et stappliquant sur la surface 17 de la protubérance 16 du mandrin. Ltévidement 32 possède aussi une deuxième partie définie par une surface cylindrique intérieure 34 espacée de la surface cylindrique extérieure 17 de la protubérance 16 pour constituer un conduit courbé 35 (voir figure 3). La surface 34 sur le boîtier 26 et la partie de la surface 17 sur la protubérance 16 opposée à la surface 34, sont des surfaces dtécoulement sur laquelle la matière de la feuille se déplace sous forme plastifiée par la chaleur. Le bottier 26 est aussi pourvu, sur sa face amont, dfun alésage 36 coaxial à, et épousant de près, llalésage 31 dans la protubérance 16, pour constituer une surface dtécou- lement pour la matière plastifiée par la chaleur. La face aval du bottier est pourvue d'un moyeu 37 qui correspond à un cĭ- dement (non représenté) dans la filière 14 formant la plaque grâce à quoi ltalésage 36 est relié à 1"entrée de la filière 14. Un orifice 38 interconnecte le conduit 35 avec les alésages 31 et 36 de façon que la continuité existe entre les surfaces d'écoulement définissant le conduit 35 et les surfaces dfécoulement définissant les deux alésages. Sous la forme préférée de l'invention, Itextrernité libre 39 de la protubérance 16 du mandrin 25 est généralement de forme conique, et l'évidement fraisé 32 du boiter 26 possède un fond de for me conique 40 qui épouse étroitement et stadapte à l!extré- mité libre de la protubérance. Ltoririce 38, dans ce cas, est réalisé en partie par une partie en saillie 41 constituée dans l'extrémité libre 39 de la protubérance 16 tout au long de l'arc "a", et en partie, par la portion de surface tron conique 40 opposée à la partie 41. La partie en saillie 41 peut être réalisée par une opération de fraisage qui enlève une quantité prédéterminée de métal dans le mandrin 25. Il faut noter que le conduit 35 stétend aussi sur Ilarc !!"å't, corne représenté à la figure 3, de façoe# que ltentrée 42, depuis le conduit courbé vers ltorifice, et la sortie 43, depuis l'orifice vers les alésages concentriques, stétendant chacune suivant le merne arc. Cependant, 1 rentrée 42 possède une surface d'écoulement en cou- pe plus grande que la surface dlécoulement en coupe de la sortie 43 réalisant ainsi un effet d'ajutage sur la matière plastifiée par la chaleur comprimée contenue dans le conduit courbé 35. Sous la forme préférée de lwinvention, la surface de section transversale de la sortie 43 est d environ 2,5 % à environ 10 X de la surface de section transversale des alésages 31 et 36 tandis que ltespace entre les surfaces 40 et 41 sont de Ilode de grandeur de 1 millimètre. Comme représenté aux figures 2 et 3, l'alésage ra dial 44 dans le boîtier 26 relie le conduit courbé 35 à llex- térieur du boîtier et constitue un moyen pour faire passer la matière plastifiée par la chaleur depuis le conduit 18 dans le conduit courbé 35. En cours de fonctionnement, ltextrudeuse 11 oblige la matière plastifiée par la chaleur et destinée à la couche de base 23 de la plaque finie, à être forcée dans ltalésage 31 (figure 2) constituant une tige 15 plastifiée par la chaleur, comme il est vu à la figure 5. Au même moment, ltex- trudeuse 12 oblige la matière plastifiée par la chaleur pour constituer la feuille 24 de la plaque finie, à être forcée dans le conduit 18 vers le conduit courbé 35 constituant un secteur d'anneaux de matière, comme représenté à la figure 5. La pression exercée sur la matière plastifiée par la chaleur dans la conduite 35 oblige cette matière à passer dans ltorifice 38 ou elle est déposée en une couche 19 sur la tige 15, à ltin- terface entre les alésages 31 et 36. Comme représenté à la fi gure 5, la couche 19 se prolonge suivant llarc a air autour d'une partie de la périphérie de la section de la tige.A cause du fait que les matières extrudées à travers les alésages 31, 36 et à travers ltorifice 38 sont à ltétat plastifiés par la chaleur et à cause du fait que ltécoulement de matière se fait en régime laminaire, aucun mélange de matières ne survient excepté sur leur contact interfacial où une véritable liaison est réalisée. Après être passée à travers la filière de plaque 14, la tige stratifiée 20 est formée suivant la plaque stratifiée désirée. Quand on désire réaliser une plaque à trois couches, comme représenté à la figure 6, un élément de centrage modifié 13' peut être utilisé. Ltélément de centrage modifié pos sede une paire de conduits au lieu dlun, comme il est représenté aux figures 2, 3 et 4, et une paire dtorifices. Dans ce cas, la périphérie de la tige 15 aura deux couches de matières déposées sur elle, chacune d'elles opposées par rapport à l'taxe de la tige, chacune des couches couvrant un arc dif férend arn " et 'tbl" de la périphérie de la section de la ti- ge comme représenté à la figure 6.On notera que les arcs "a'" et nbt" peuvent être équivalents ou peuvent différer l'un de autre, comme on le désire, mais que, pris ensembles, ils cou vriront moins de 360 degrés de la périphérie de la tige. L'été ment de centrage 13' permet ainsi aux deux couches dlêtre dé- posées simultanément. Comme il a été décrit précédemment, le passage de la tige stratifiée à travers la filière de formation en plaque, produit la plaque en trois couches désirées. Il est aussi possible de déposer séquentiellement les couches sur la tige. Dans un tel cas, deux éléments de centrage simi laires à celui représenté à la figure 3 seront connectés e: sériez Des plaques multi-couches peuvent être fabriquées en arrangeant en série les éléments de centrage, comme représenté à la figure 7. Ici, une tige stratifiée est constituée d#une paire de feuilles réalisant une plaque à cinq couches. D'autres combinaisons dtéléments de centrage pour fabriquer des dépots de couches simultanées ou séquentielles, peuvent être utilisés. Tandis que les filières représentées dans le dessin fabriquerlt une tige ronde de matière plastifiée par la chaleur, on préfère quelquefois fabriquer des tiges de formes ovales qui peuvent ou non posséder des côtés aplatis ou pratiquement aplatis, pour faciliter la réalisation de plaques. Dans ce cas, l'axe principal se situera dans la direction de la largeur de la plaque, comme représenté à la figure 8, et chaque couche de feuille 19" ou 19' " sera disposée sur moins drun demi-tour autour du noyau 155' ou 15tt: respectivement, et se ra généralement d'une largeur c "c" inférieure ou égale à la lar- geur "d" des parties aplaties des tiges de formes ovales, comme il est illustré à la figure 8. REYENDICiATIONS 10/ Procédé de fabrication par extrusion de plaques stratifiées multi-couches c a r a c t é r i s é par le fait que l'on combine les opérations suivantes - le déplacement dlune première matière plastifiée par la chaleur à travers un passage drécoulement, possédant une forme de section prédéterminée, - la disposition dtune couche d'une deuxième matière plastifiée par la chaleur, sur seulement moins de 180 degrés de la surface de ladite première matière, au moyen de laquelle une surface plane peut etre formée sur les bords de ladite deuxième matière à travers une filière d'extrusion simultanée, - la déformation desdites matières combinées ensemble depuis leur section originale, pour les aplatir sous la forme d'une plaque large, qui est moins épaisse que la forme initiale des matières combinées, ladite plaque se situant pratiquement dans ladite surface plane. 20/ Procédé, tel que défini dans la revendication 1, c a r a c t é r i s é par le fait que ltopération de dépôt de couche de la deuxième matière se fait sur un arc compris entre 80 et 150 degrés de la surface. 3" i Procédé, tel que défini dans la revendication 1, c a r a c t é r i s é par le fait que lton aJoute 1' opération de dépôt d'une couche d'une troisième matière plastifiée par la chaleur sur la première matière avant ltopération consistant à les faire passer à travers ladite filière dlex- trusion simultanée. 40/ Procédé, tel que défini dans la revendication 3, c a r a c t é r i s é par le fait que ladite opération ajou- tée se fait simultanément avec l'opération de dépôt de ladi te couche sur ladite deuxième matière. 50/ Procédé tel que défini dans la revendiction 4, c a r a c t é r i s é par le fait que ladite couche de tro- sième matière est déposée sur une partie opposée de la péri- phérie de ladite première matière par rapport à la couche de seconde matière, pour comprendre une disposition d'asseniola- ge sur moins de toute la périphérie de la première matière0 60/ Procédé, tel que défini dans la revendication 3, c a r a c t é r i s é par le fait que ladite opération ajoutée se fait postérieurement à ltopération de dépôt de ladite couche de deuxième matière. 70/ Procédé, tel que défini dans la revendication 2, c a r a c té r i s é par le fait qutil comprend ltopéra- tion de dépôt d'une couche de troisième matière sur un autre arc de ladite première matière, également à ltintérieur de la gamme d'arcs de 90 à 150 degrés. 8 / Procédé > tel que défini dans la revendication 1, c a r a c t é r i s é par le fait que la première matière initialement extrudée a une périphérie ovale possédant des parties formant pratiquement des côtés aplatis, reliés par des parties courbes, et par le fait que la couche st dis osée sur au moins une partie de côté pratiquement aplati. 90/ Procédé, tel que défini dans la revendication 8, c a r a c t é r i s é par le fait que des couches similai res sont disposées sur deux parties de côtés pratiquement apla tirs. 100/ Procédé, tel que défini dans la revendication 3, c a r a c t é r i s é par le fait que ladite troisième matière est aussi appliquée sur moins de 180 degrés de la surface de ladite première matière. 110/ Plaque stratifiée fabriquée en accord avec le procédé de la revendication 1. 120/ Procédé, tel que défini dans la revendication 3, c a r a c t é r i s é par le fait que la dite matière est aussi appliquée sur plus de 1800 de la surface de ladite première matière.