Brevet FR2298423A1 — publié le 19760820

La présente invention concerne la production d'une pellicule tubulaire thermoplastique gonflée, continue, sans couture, et plus particulièrem nt la production de pellicule à paroi mince à des vitesses plus grandes avec une uniformité perfectionnée de l'épaisseur de paroi. Une pellicule therioplastique tubulaire gonflée peut être produite par extrusion continue de résines thermoplastiques au travers d'une filière annulaire, en appliquant intérieureient la pression d'un fluide au tube extrudé, ce qui dilate le tube pour réduire son épaisseur de paroi à la valeur appropriée, pendant le refroidisseient et la solidification de la résine. Le tube est ensuite aplati entre deux rouleaux de pincement.La pellicule à double épaisseur aplatie peut entre enroulée sur un tambour cylindrique pour un stockage et une utilisation ultérieure coR tube, ou bien le tube peut être fendu pour former une feuille a simple épaisseur de largeur double on une feuille à simple épaisseur. Dans certaines circonstances, le tube ainsi produit ne présente pas une bonne uniformité de calibre (Epaisseur), ctest-à-dire que l'épaisseur de la pellicule n'est pas uniforme. Si cette pellicule non uniforme est enroulée sur un tambour, on obtient un rouleau inégal, bossu. La tension d'enroulement tire la pellicule au-dessus des bosses et ainsi, si la résine est susceptible de fluage à froid, la pellicule ne reste pas plane quand elle est déroulée et elle présente des rides ou des ondulations qui nécessitent des précautions spéciales pour son ispression, Sa transformation ou autres usages. De telles conditions sont habituellerent amé liorées en faisant tourner la filière ou en utilisant un quelconque anneau de refroidissenent ou en réalisant les deux opérations. Les variations de calibre tendent également à utiliser un plus grand poids de résine par unité de surface de pellicule, parce qu'il faut maintenir une plus grande épaisseur moyenne afin de garantir une épais- seur minimale donnée. Par suite, il est souhaitable de réduire les variations de calibre. L'un des problèmes principaux est de refroidir la poche extrudée en matériau therioplastique. Le taux de production pour une dimension de tube (poche) donneeest limité par les caractéristiques de la poche en cours d'extrusion.Ainsi, pour un ensemble donné de conditions d'opérations, l'augmentation de la sortie de l'extrudeuse obligera le therioplastique å se former en tube à une vitesse plus grande Mis, puisque les caractéristiques de pertes thermiques du système n'ont pas changé, cela provoquera également une élévation du niveau de la ligne de gel (c'est-à-dire la ligne où la résine extrudée fondue devient solide).Ceci provoque à son tour une augmentation de l'instabilité de la poche extrudée parce que la longueur fondue non supportée devient trop grande. La demanderesse a inventé un moyen de perfectionner l'uniformité de l'épaisseur de paroi des pellicules tubulaires extrudées. La pellicule extrudée passe au travers d'un dispositif qui impose une configuration choisie à la poche, mais qui est également prévu pour éviter à la résine fondue de venir en contact avec le dispositif. Selon l'invention, l'appareil pour former la pellicule de résine thermoplastique tubulaire comprend 1. Une filière d'extrudeuse annulaire. 2. Une paire de rouleaux de pincement en aval de la filière a capables d'aplatir le tube extrudé par la filière. 3. Un moyen d'introduction d'un fluide sous pression dans le tube pour le dilater et réduire ainsi son épaisseur de paroi. 4. Une enveloppe qui a meme axe que la filière, qui est en aval de celle-ci et qui diverge en direction aval. L'enveloppe possède des rangées de canaux pour le fluide de refroidissement; chaque canal se termine par une ouverture sur la surface intérieure de l'enveloppe. Les canaux sont disposés par paires de rangées, avec les canaux d'une rangée de chaque paire s'écartant des canaux de l'autre rangée. Ceci procure un écoulement du fluide de refroidissement (normalement de l'air) qui diverge à partir de chaque paire de rangées d'ouvertures. Entre chaque paire de rangées, il existe un passage au travers duquel le fluide de refroidissement peut s'échapper. Ainsi, une circulation de fluide de refroidissement est établie à partir des canaux, au travers des ouvertures, sur la pellicule extrudée et vers l'extérieur au travers des passages d'échappement. L'effet de l'air de soufflage ou d'un autre fluide de refroidissement au travers des ouvertures à l'extrémité des canaux est de créer un vide partiel qui tire la poche extrudée vers l'extérieur en direction des parois de l'enveloppe et adapte la configuration de la poche à celle de l'enveloppe. La demanderesse a trouvé que l'enveloppe doit avoir un angle de divergence maximal de 48c pour les meilleurs résultats. Le procédé selon l'invention comprend 1 'extrusion à l'état fondu d'un tube de résine thermoplastique,le maintien d'une pression à l'intérieur du tube pendant l'extrusion, ce qui dilate le tube par application de la pression; le refroidissement du tube extrudé pour sol i- difier la résine et l'aplatissage du tube dilaté, refroidi pour extraire le fluide du tube dilaté, l'étirage vers l'extérieur du tube extrudé dilaté et l'adaptatlon du tube dilate suivant une foire divergente ayant un angle maximal de divergence inférieur à 480 Dans une réalisation préférée, l'enveloppe prend la forme d'une série d'anneaux le long de l'axe central de la poche et ces anneaux sont espacés les uns des autres de façon à procurer au gaz de refroidissement un passage pour s'échapper. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexes sur lesquels - la figure 1 représente une coupe en élévation d'un appareil d'extrusion tubulaire, - la figure 2 représente une coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1, et - la figure 3 représente une coupe à une échelle agrandie de la portion annulaire de refroidissesent de 1 appareil de la figure 1. Comme indiqué sur les dessins, une résine thermoplastique~ 10 est introduite dans une extrudeuse 12 dans laquelle elle est fondue et ensuite extrudée au travers d'une filière 14 annulaire pour forger un tube 16 de résine thermoplastique fondue. Le canal 18, dans le noyau 20 de la filière annulaire 22, est prévu pour amener un fluide, normalement de l'air, dans le tube de résine therioplastique 16. Au fur et à mesure que le tube progresse vers l'aval, il se refroiditjusqu'a ce que, à la ligne de gel 24, il se solidifie en une structure tubulaire 26 stable en dinensions. Le tube soli- difié 26 est dégonflé par un guide 28 et il passe ensuite dans l'intervalle entre une paire de rouleaux 30. Des collecteurs annulaires multiples de refroidissement 32a, 32b, 32c, 32d, 32e, 32f et 32g, qui sont des unités séparées dans une enveloppe 34 caple représenté ou qui peuvent etre d'une structure monolithique unique équivalente, sont disposés autour de l'axe de la poche. Une pompe 36 introduit un fluide, tel que de l'air, au travers d'une tuyauterie 38 vers l'intérieur 40 des collecteurs annulaires 32. Ce fluide entre en contact avec le tube extrudé au travers de canaux divergents 42a et 42b et des ouvertures 43. Le flux de fluide provenant des buses divergentes crée une pression décroissante entre les buses (dans la zone repérée par 44) et force également le fluide à sortir du système au travers des passages 46 entre les anneaux adjacents.Le fluide à grande vitesse quittant la proximité du tube extrudé provoque également une légère diminution de pression (dans la zone désignée par 48). Cette chute de pression tire le tube 16 encore fondu en direction des anneaux 32, mais le fluide forme un coussin entre les anneaux et le tube, de façon à éviter que celui-ci ne touche les anneaux et ne colle à ceux-ci pendant qu'il est encore fondu. Une des caractéristiques importantes de l'appareil est l'utilisation d'une enveloppe divergente pour imposer une forme particulière au tube extrudé entre le temps où il sort de la filière et celui où il est pluttt dans un état sensiblement solide. Cette enveloppe a gêné- ralement une forme divergente, par exemple celle d'un cane, d'un paraboloide ou analogue. Cette caractéristique de forme imposée à l'enveloppe ne doit pas la limiter à une reproduction géom#trique exacte de ces fonctions mathématiques. Elles sont plutat données co e une illustration du type général de forme qui peut être utilisé.Tout ce qui est nécessaire est que cette enveloppe diverge à partir d'une position initiale en amont, proche de la filière d'extrusion annulaire et de meme axe que celle-ci, pour aller progressivement vers des positions plus en aval et moins proches mais toujours coaxiales par rapport à la filière. La demanderesse a trouvé que la forme imposée pendant la dilatation et le refroidissement de la poche doit avoir un angle maximal de divergence inférieur à 480, de préférence inférieur à 380. De plus, pour une distance donnée quelconque entre la ligne de gel et la filière1 il est préférable d'opérer avec une forme de poche imposée et une dimension telle que le col de la poche (c'est-à-dire la partie de la poche entre la filière et le point où la poche commence à diverger) soit plus long que dans les poches conventionnelles (c1est-à-dire les poches dont la configuration n1 est pas commandée) jusqu'à une dimension telle que le point de divergence soit plus haut de 5 à 15 Z de la distance totale entre la filière et la ligne de gel, La variation de calibre dans la pellicule ainsi formée est sensiblement réduite par rapport à la variation de calibre observée dans des conditions de procédé sensiblement identiques par ailleurs, qui n'imposent pas une telle forme spéciale avant solidification de la pellicule extrudée. Dans la forme d'enveloppe préférée, chaque rangée d'ouverturesse trouve dans un plan genéralesent normal à l'axe de la filière. Les différents canaux 42 et leurs ouvertures 43 dans chaque paire de rangées sont dirigés suivant un angle qui est de préférence le plus grand possible dans la direction de l'axe de l'appareil, c'est-à-dire dans la direction du mouvement de la pellicule. Ainsi, les axes des ouvertures sont disposés sous un petit angle aigu par rapport à la surface du tube therio- plastique. Bien que ce soit probablerent~la configuration la plus efficace, les canaux en question n'ont pas besoin d'avoir une forme cylindrique, ais ils peuvent avoir une buse convergente ou une autre configuration.Il est seulement important que ces canaux forcent le fluide qui les traverse à diverger après sortie de chaque paire associée d'ouvertures. Des passages sont égale eut prévus entre les paires de rangéesd'ouvertures pour l1échappe-nt de l'air ou autres fluides. Ainsi, un système circulatoire est prévu pour forcer le fluide à s'écouler de l'est térieur vers le tube extrudé, à passer le long du tube extrudé et à revenir vers l'extérieur. Si on utilise un fluide autre que l'air, on peut utiliser un réservoir approprié et un système fermé ou bien le passage vers l'extérieur peut simplement diriger le fluide vers llatsosphbre. Ce fluide refroidit le tube extrudé et le solidifie à un degré suffisant pour le rendre non collant et stable en divensionO Si ceci était la seule fonction réalisée par le fluide de refroidissement, le tube se dilaterait en fonction de la pression appliquée par le fluide interne et en fonction de la vitesse de refroidissement et de la teneur propre en liquide de la résine theraoplastique utilisée. L'appareil peut faire plus que cela. La configuration particulière des canaux et de leurs ouvertures force le fluide à s'écouler en dehors pour agir conte un éjecteur et forger ainsi un vide partiel dans l'espace entre les ouvertures. Ceci tire le tube extrudé en dehors de l'enveloppe imposant la configuration et force le tube à s'adapter étroitement à la force de l'enveloppe.Si la température et la vitesse d'écoulement du fluide sont ajustées en fonction de la résine thermoplastique particulière utilisée et des dimensions du tube extrudé ainsi que de la filière d'estrusion, la ligne de gel du tube extrudé peut gênéraleient entre placée dans l'enveloppe, généralement en direction de son extrémité avale. Il est clair que de nombreuses variables du procédé sont liées et ne sont pas des variables indépendantes. L'essentiel du procédé est d'imposer une vitesse particulière de dilatation et une forme particulière au tube extrudé en matériau thermoplastique en le refroidissant à un stade de stabilité dimensionnelle et de non-collage. Le matériau thermoplastique est coursai en extrudé au travers d'une filière annulaire ayant un diamètre d'environ 10 à 40 mm et un trou d'environ 0,25 à 2,5 mm. Les vitesses d'extrusion dépendent bien entendu de l'extrudeuse utilisée. Le rapport de dilatation, c'est-àdire le rapport entre le diamètre final de la pellicule et le diamètre de la filière, d'environ 1,5 à 5, correspond à une épaisseur finale de la pellicule de 0,01 à 0,25 lirm. De préférence, le fluide de pression interne et les fluides de refroidissement extérieurs sont l'air, toutefois des gaz peuvent autre utilisés.Le fluide interne peut autre maintenu à une pression sensiblement égale ou légèrement supérieure à la pression atmosphérique. Il convient de maintenir le fluide externe de refroidissement à une tempé- rature d'environ 20 à 10000 et il est avantageusement fourni à un taux dten- 3 viron 20 à 150 fit (00,760 wz Hg) par mètre carré de surface de tube fondu à refroidir. La demanderesse a trouvé qu'en utilisant certaines conditions conventionnelles directement dans le présent procédé à forme imposée, on peut tomber sur une impossibilité de fonctionnement. On a trouvé que, si on utilise certaines conditions conventionnelles, l'extrudat fondu devient mou quand il quitte la filière, ce qui lui permet de se replier sur lui-mSeme ou de s'écouler vers l'extérieur entre les éléments annulaires de refroidissement espacés verticalement, de sorte qu'il se bloque ou qu'il est en quelque sorte accroché sur les surfaces des éléments annulaires de refroidissement à proximité immédiate de la filière. La probabilité de cet événement peut entre sensiblement réduite ou annulée en augmentant l'orifice de la filière pour former un trou qui est plus grand que celui qu'on emploierait normalement dans l'extrusion tubulaire conventionnelle. Dans un procédé de refroidissement conventionnel, le trou usuel peut oestre de l'ordre de 0,06 à 0,1 mm, par exemple, alors que les trous du présent procédé de l'invention sont de préférence de 1 à 1,25 mm. Par exemple, une pellicule tubulaire d'une largeur à pat de 66 cm (132 cm de circonférence), de 0,07 mm d'épaisseur, est normalement réalisée avec un trou de 1 mm dans un procédé conventionnel, mais nécessite un trou de 1,25 rrm avec le présent procédé.En utilisant une ouverture de filière plus grande, la pellicule fondue est plus épaisse quand elle quitte la filière et elle doit autre tirée vers l'extérieur avec une force plus grande pour atteindre l'épaisseur de pellicule finale désirée sur la ligne de froid. Cette force plus grande dépasse la tendance de la poche fondue à se replier sur elle-meme ou à s'écouler vers l'extérieur entre les éléments annulaires de refroidissement.Bien que le mécanisme exact ne soit pas compris, la théorie veut que l1agran- dissement de l'orifice et l'augmentation proportionnelle de la force de tirage vers l'aval éliminent le problème des accrochages de tube, puisqu'il résulte de l'augmentation de cette force de tirage qu'un ralentissement vers l'aval exercé par les éléments annulaires de refroidissement sur le tube fondu est surpassé. En ce qui concerne l'invention, on a trouvé que le rapport entre l'orifice et l'épaisseur finale de la pellicule devait Stre supérieur à 10 et de préférence au-dessus de 15. Des canaux d'écoulement de fluide peuvent entre prévus dans le noyau de la filière pour extraire une partie ou la totalité de l'air injecté dans le tube extrudé, de façon à former un système de circulation. L'enveloppe imposant la forme peut etre composée d'une structure monolithique simple d'une hauteur s'étendant du plan de la filière à un point en aval de la ligne de gel, ou bien cela peut etre des séries d'anneaux empilés d'une hauteur totale semblable. Dans chaque cas, les ouvertures doivent entre espacées d'environ 1 à 20 | avec les deux rangées de chaque paire espacées de 10 à 100 mx. Les ouvertures elles mêmes et leurs canaux correspondants doivent etre de préférence dans des plans radiaux et etre espacées d'environ 2 à 6 diamètres d'ouverture dans chaque rangée, les paires de canaux devant diverger sous un angle d'environ 50 à 1600, de préférence de 100 à 1500. Les passages de retour de l'air entre les paires de rangées d'ouvertures doivent avoir de 3 à 15 na de large de façon à permettre un retour facile de l'air venant du tube extrudé. On notera que la vitesse et/ru la température de l'air de refroidissement externe peuvent entre sensiblement constants à toutes les positions d'ouvertures ou bien ils peuvent varier suivant un gradient ascendant ou descendant, suivant les exigences du procédé. La résine thetioplastique peut entre par exemple une polyoléfine tuile quele polyéthylène, le polypropylene, le polybutène-l, des copolymères de deux ou plusieurs de cens-ci avec ou sans d'agtres- olé- fines, du chlorure de polyvinyle ou vinylidène, des copolymères de chlorure de vinyle ou vinylidène et d'acrylates, des homo et/ou copolymères acryliques d'acrylonitriles ou d'oléfines, des homo et/ou copolymères de styrène et, dtune façon générale > tout autre matériau polymérisé qui peut entre extrudé à l'état fondu en pellicules tubulaires. Bien entendu diverses modifications peuvent autre apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REYEIDICATIQIS 1. Appareil pour la formation de pellicule de résine thermoplastique tubulaire extrudée,comprenant une filière d'extrusion annulaire et des rouleaux de pincement pour aplatir le tube dilaté après maintien d'une pression positive à l'intérieur du tube pour le dilater, caractérisé en ce qu'il comporte une enveloppe coaxiale par rapport à la filière et en aval de celle-ci, ladite enveloppe comportant des rangées de canaux de fluide de refroidissement qui divergent l'un de l'autre en direction de passages d'échappement du fluide entre les paires de rangées. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les canaux divergent sous un angle de 50 à 15Q , de préférence de 100 à 1500. 3. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'enveloppe est faite de rangées de collecteurs annulaires dont chacun comporte une paire de rangées de canaux. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions l à 3, caractérisé en ce que les ouvertures aux extr#iités des canaux sont espacées de 2 à 6 diamètres d'ouverture dans chaque rangée. 5. Procédé de production d'une pellicule tubulaire extrudée en résine thermoplastique, par extrusion à l'état fondu d'une résine thermoplastique sous la foroe d'un tube et par dilatation du tube à l'aide d'une pression interne pendant son refroidissement, caractérisé par le tirage du tube extrudé vers l'extérieur et son adaptation à une forme divergente ayant un angle de divergence de moins de 480. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'angle de divergence est inférieur à 380.