Brevet FR2430303A1 — publié le 19800201

Le procédé de fabrication de pellicules dites soufflées, dans le sens où on l'entend ici, concerne la fabrication de pellicules ou de feuilles à partir d'une matière résineuse synthétique. La pellicule est produite par extrusion continue d'un tube de résine plastifiée à chaud puis par allongement ou étirage du tube autour d'une bulle d'air ou de gaz-emprisonnéedans ce tube et par refroidissement simultané du tube, par exemple à l'aide d'un moyen de refroidissement extérieur ou intérieur. La présente invention concerne particulièrement un procédé dans lequel on définit une zone de contrôle ou régulation, on détermine une température de contrôle ou régulation et on la maintient dans ladite zone de contrôle à l'aide d'un moyen de refroidissement variable, grâce à quoi on obtient une meilleure qualité de pellicule et/ou des cadences de fabrication accrues. Dans une variante, l'invention consiste à définir une position contrôlée de ligne de "congélation" ou durcissement sur la pellicule soufflée tubulaire, à surveiller cette position, et à utiliser un moyen de refroidissement variable pour corriger les écarts à partir de cette position en vue d'obtenir de meilleurs résultats. Les propriétés et la qualité finales de la pellicule soufflée peuvent être affectées de façon nuisible particulièrement par les variations cycliques des conditions de fonctionnement et par une régularité et une uniformité laissant à désirer en ce qui concerne la résine extrudée. Par exemple, la température de l'appareil d'extrusion tend à présenter un caractère cyclique inhérent. Les conditions cycliques apparaissent aussi dans les systèmes classiques de refroidissement de la pellicule, que ceux-ci soient basés sur une source réfrigérée ou sur un prélèvement d'air ambiant.En outre, les extrudeuses pour la fabrication de pellicules exigent souvent un système de filtrage qui est colmaté progressivement par les impuretés, d'où il résulte un effet variable, particulièrement un changement de l'indice de fusion, dans la résine traversant le filtre. La résine elle-même peut avoir une qualité qui n'est pas entièrement uniforme et peut présenter une valeur d'indice de fusiOn et/ou une température de fusion variable. Les manques d'uniformité de fonctionnement et les variations de qualité de la matière du type mentionné ci-dessus peuvent entratner la production de pilicules de qualité médiocre en ce sens que les pellicules peuvent présenter une planéité imparfaite (c'est-à-dire comporter des plis ou rides) et une mauvaise uniformité du profil d'épaisseur. On peut contrôler quelque peu le profil de l'épaisseur à l'aide de dispositifs de mesure d'épaisseur et de systèmes qui donnent à l'opérateur certaines indications et qui l'avertissent lorsque ce profil se détériore de manière que les corrections de réglage appropriées puissent être apportées. Toutefois, quand les conditions de fonctionnement se dégradent, des rides apparaissent dans la pellicule.C'est pourquoi on n'a pas encore mis au point de dispositifs de régulation fiables permettant de prédire l'approche d'une condition de détérioration afin de donner à l'opéra- teur un avertissement adéquat pour qu'il apporte des corrections appropriées. Même si un opérateur expérimenté apporte une attention poussée, il est difficile de contrôler la qualité d'une pellicule dès que l'on dépasse certaines cadences de production maximales. Même quand l'appareil fonctionne dans une plage de production considérée comme possible par un opérateur expérimenté, la qualité de la pellicule peut être inférieure à ce que l'on désire et à ce que est prescrit par les tolérances de spécification, cela en raison d'un contrôle imprécis et inadéquat sur les conditions de fonctionnement cycliques et/ou fluctuantes. Le procédé de fabrication de pellicules soufflées selon la présente invention permet donc d'exercer un contrôle plus fin et plus précis sur la qualité et/ou les propriétés des pellicules. Plus particulièrement, le procédé selon la présente invention assure un contre ou régulation de compensation automatique des conditions de fonctionnement fluctuantes et/ou cycliques de manière à,d'une part, permettre une augmentation notable de la cadence d'extrusion tout en maintenant un niveau acceptable de qualité de la pellicule produite et/ou, d'autre part, à produire de façon uniforme une pellicule de meilleure qualité. La présente invention créé un procédé de fabrication de pellicul# soufflées consistant à surveiller une zone de con truble choisie de la pellicule ou, dans une variante, à surveil- ler la position de la ligne de "congélation" de la pellicule. On détermine une température de contrôle ou réglage aux positions de contrôle de ligne de congélation qui traduit la condition grâce à laquelle une pellicule de bonne qualité et, de préférence, de qualité optimale , est produite comme celle qui serait donnée par n'importe quel ensemble de conditions de fonctionnement théoriques. On effectue la régulation d'une source de refroidissement variable en réponse à des signaux reçus du dispositif de surveillance de manière à stabiliser et à maintenir la température de contrôle ou la position de contrôle, suivant le cas, cela comme une condition de fonctionnement essentiellement constante. Cette régulation du système assure un contrale automatique précis sur les propriétés de la pellicule.Elle est particulièrement avantageuse pour assurer une réponse corrective rapide à la condition naissante d'une perte de planéité de la pellicule, ce pour quoi les systèmes d'avertissement et de prévision qui existaient dans le passé étaient inadéquats. En se référant particulièrement à la figure unique du dessin annexé qui représente un mode de réalisation préféré de l'invention, on voit qu'une matière résineuse synthétique pour la formation d'une pellicule est introduite, par l'intermédiaire d'une trémie 12, dans une extrudeuse chauffée 10 à partir de laquelle elle est finalement explusée à l'état plastifié et chaud jusqu'à une t#te formant filière 14 au moyen d'un conduit de raccordement 16. La résine sort de la filière sous la forme dtune enveloppe ou pellicule tubulaire continue 18. Le tube est allongé ou étiré autour d'une bulle qui est emprisonnée et qui est maintenue et alimentée par une canalisation 20 sous pression régulée introduisant des quantités réglées d'air ou de gaz à l'intérieur du tube.Un châssis aplatissable 22 et des rouleaux de.pincement coopérants 24 et 26 aplatissent et aplanissent finalement le tube dans une zone éloignée de la tête formant filière. Cet appareil comprend également, de façon caractéristique, des rouleaux d'entraînement (non représentés) placés au-delà des rouleaux de pincement 24 et 26 en vue de fournir une force de traction pour faire avancer le tube à partir de la filière. La vitesse des rouleaux d'entratnement est réglée de manière à étendre ou étirer le tube dans le sens longitudinal et ce facteur vitesse, conjointement avec d'autres facteurs de réglage, détermine la dimension circonférencielle de ce tube (c'est-à-dire selon qu'il est distendu, tiré vers l'aval ou maintenu essentiellement à la même dimension que sa dimension d'extrusion). La zone d'extension se trouve essentiellement entre la tête formant filière et la ligne de congélation ou de durcissement représen tée en 28. Au-dessus de la ligne de "congélation", la pellicule avance à l'état solidifié ou semi-solidifié. Un dispositif de détection de température 30 est disposé de manière à lire et à surveiller continuellement la température de la pellicule dans une zone de centrale ou zone-cible qui s'étend au-dessous de la ligne de "congélation" 28 et au-dessus de la tête formant filière 14. La zone de la pellicule qui est directement adjacente à la ligne de "congélation" n'est pas une bonne zone de centrale ou de prévision. Ceci est dû, semble-t-il, au fait que les effets de cristallisation de la pellicule au voisinage de la ligne de "congélation" tendent à donner une lecture de température stable ou une lecture qui ne donne pas une prévision adéquate des conditions variables pour la correction automatique desquelles le système de contrôle est conçu.Toutefois, il existe une zone sa tisfaisante de contrôle prévisionnel qui se trouve à un endroit éloigné de la ligne de "congélation" et à une distance suffisante vers l'aval par rapport à cette dernière pour être moins influencé (ou ne pas être influencé) par les effets de cristallisation se produisant à l'endroit ou au voisinage immédiat de la ligne de congélation. Le signal produit par le dispositif de détection de#tempé- rature, c'est-à-dire la sortie de ce dispositif, est appliqué à un moyen de eontrtle ou contrbleur 32 paS l'intermédiaire d t une ligne ou connexion électrique 34 et également à un instrument 36 de lecture et d'enregistrement de température par l'intermédiaire d'un conducteur ou d'une connexion électrique 38. L'instrument de lecture de température transforme le signal en une indication de cadran, ce qui permet de déterminer numériquement la température dans la zone de contrale à n'importe quel moment au cours du fonc tionnement, La sortie du contrtleur 32 est adaptée pour actionner un moteur électrique ou pneumatique ou un dispositif 40 de positionnement de vanne par l'intermédiaire d'une canalisation électrique ou pneumatique 42 qui lui est raccordée. Le dispositif de positionne ment de vanne est relié à un agencement de leviers approprié 44 pour actionner ou positionner une vanne 46 du type à papillon.La vanne à papillon est disposée de façon pivotante ou tournante dans une canalisation 48 d'alimentation d'air ou de gaz de refroidissement qui fournit de l'air en provenance d'un agencement 50 de soufflante ou de compresseur à une bague de refroidissement 52 qui est disposée autour de l'extrémité inférieure du tube 18 juste en dessous de la tête formant filière 14. Le système dépend du choix ou de la détermination de la température de contrôle pour la zone de contrôle. On détermine cette température de la façon la plus appropriée empriquement en parvenant à un ensemble donné de conditions de fonctionnement qui donne une pellicule de qualité opitmale. Lorsqu'on détermine un ensemble de telles conditions, la température dans la zone de centrale est lue et établie comme étant la température de contrale La lecture au cadran, bien que n'étant pas essentielle dans l'application des centrales ou réglages, permet à l'opérateur d'observer et d'enregistrer, s'il le désire, la température dans la zone de centrale. Le contrôleur est réglé de manière à comparer continuellement le signal reçu du dispositif de détection 30 avec la température de centrale ou bien, d'une façon équivalente, avec un signal de centrale prédéterminé. Si le signal indique que la température dans la zone surveillée augmente, le contrtleur 32 note la différence et commande le dispositif 40 de positionnement de vanne de manière qu'il déplace en proportion la vanne à papillon pour permettre une augmentation de l'écoulement d'air jusqu'à la bague de refroidissement 52 afin de réduire la température dans la zone de centrale jusqu'à ce que cette température atteigne la température de centrale désignée.Dans une variante, quand une chute de température dans la zone de contrôle est détectée, le contraleur répond par une régulation de la vanne à papillon 46 de manière à diminuer l'écoulement, c'est-à-dire la sortie, de l'air de refroidissement jusqu'à la bague de refroidissement 52. Nécessairement, la position zéro, c'est-à-dire la position que la vanne prend lors de la lecture d'une condition de température stable, se trouve en un point compris entre les positions d'ouverture et de fermeture extrêmes de la vanne à papillon. La présente invention peut aussi être mise en oeuvre par utilisation de la hauteur ou position de la ligne de "congélation" comme indicateur de centrale. Le dispositif de surveillance serait modifié en vue de lire optiquement ou de tout autre manière la hauteur de la ligne de "congélation" et de produire des signaux indiquant des écarts par rapport à cette ligne. On peut déterminer la position de centrale de la ligne de congélation comme précédemment, c'est-à-dire en opérant de façon empirique pour définir un ensemble donné de conditions dans lesquelles une pel licule de qualité est obtenue et en définissant la position de contre comme étant celle à laquelle la ligne de congélation se trouve dans ces conditions.Le signal fourni par le dispositif de surveillance serait envoyé à un contrôleur et comparé avec un signal de centrale ou réglage. L'action correctrice serait alors prise, selon les beoins, de manière à effectuer une régulation de l'alimentation en air de refroidissement à travers la canalisation d'alimentation 48 afin de maintenir ou stabiliser ainsi la position de la ligne de "congélation". Le procédé de contre décrit dans le présent exposé peut être appliqué largement à la production de pellicules à partir de matières résineuses synthétiques pour formation de pellicules à l'aide du ou des procédés de fabrication de pellicules soufflées. Des exemples représentatifs de matières pour formation de pellicule que l'on obtient, de façon caractéristique, à l'aide de ce procédé sont, par exemple, le polyéthylène ou des copolymères connus d'éthylène et autres agents de copolymérisation tels que le propylène, l'acide acrylique ou l'éthyl acrylate, le polypropylène ou ses copolymères connus, les polyesters pour formation de pellicules, le polystyrène ou ses copolymères connus, les vinyles, comme, par exemple, le chlorure de polyvinyle connu sous la marque déposée !!Saran ou bien les polyamides pour formation de pellicules. Les dispositifs de surveillance pouvant être utilisés dans la présente invention sont des dispositifs de détection de chaleur, tels que, par exemple, des pyromètres optiques ou thermomètres à radiation, ou encore des thermocouples ou des thermistors du type détecteurs sensibles, pouvant être appliqués particulièrement à des nappes très minces et délicates de matières résineuses synthétiques. Quand le centrale est basé sur une position contrtlée de ligne de "congélation", on peut utiliser un appareil de mesure de brouillard pour lire la position de la ligne de "congélation" et pour produire ou engendrer un signal destiné à réguler l'alimentation en air de refroidissement provenant de la source. Le contrtleur 32 est adapté pour comparer le signal d'entrée provenant du dispositif de surveillance 30 avec un signal de centrale et pour fournir un signal de sortie qui est proportionnel à tout écart du signal d'entrée par rapport au signal de con trame. Le dispositif 40 de positionnement de vanne peut être actionne électriquement ou pneumatiquement selon le signal d'entrée, l'espace disponible ou le type de vanne. La vanne à papillon 46 peut être remplacée par tout autre type de vanne de régulation ou autre dispositif adapté pour réguler l'écoulement (ou la température) du gaz ou de l'air de refroidissement envoyé à la bague de refroidissement 52. La soufflante peut fournir le gaz ou air réfrigéré ou ambiant pour n'importe quel procédé donné de formation de pellicule soufflée ou pour n'remporte quelle résine choisie. La bague de refroidissement 52 est disposée dans une zone où elle peut influencer de la façon la plus efficace la température de la pellicule dans la zone surveillée, c'est-à-dire à la hauteur de la ligne de "congélation".De préférence, la bague de refroidissement est disposée au voisinage de la tête formant filière 14, comme représenté sur le dessin. D'autres dispositifs de refroidissement pourraient remplacer la bague de refroidissement 52 ou être utilisés conjointement avec cette dernière (c'est-àdire les dispositifs des divers types connus dans la technique, comme par exemple les dispositifs de refroidissement disposés intérieurement). Certains des procédés onnnus de fabrication de pellicules soufflées comprennent des modes de fonctionnement qui peuvent nécessiter certaines modifications du présent procédé pour perme; tre d'appliquer les enseignements ci-dessus à ces procédés. Par exemple, une tête de filière tournante, ou un dispositif d'envidage tournant, ou un autre dispositif analogue (c'est-à-dire un dispositif faisant tourner continuellement le tube 18), est souvent utilisé dans le procédé de fabrication de pellicules soufflées pour certaines résines et pour donner certains produits finaux. Le procédé décrit ci-dessus peut être et a été appliqué à un procédé de fabrication de pellicules soufflées tournantes dans un système de contrôle analogue à celui décrit ci-dessus essentiellement sans modification.Toutefois, dans certaines conditions, il peut être souhaitable de lire ou surveiller plusieurs zones de contrôle autour d'un tube tournant, et/ou d'utiliser un intégrateur pour faire la moyenne de la température dans la ou les zones surveil lée) et/ou effectuer la régulation d'une variation de refroidissement uniquement à des intervalles spécifiques, comme par exemple après chaque tour complet de la pellicule, ce qui peut s'avérer souhaitable ou avantageux dans toute channe de fabrication spéci fique de pellicules. En plus d'exercer un contrale ou régulation sur les proprié tés ou qualités, mentionnées de façon explicite ci-dessus, des pellicules, on peut aussi déterminer la température de con trale ou de référence et/ou la position de contrale ou de référence de ligne de "congélation" de manière à agir avantageusement en vue d'une obtention plus uniforme de qualités de pellicules telles que celles relatives aux propriétés de résistance à la déchirure et aux chocs, et aux caractéristiques de retrait ou contraction de la pellicule. Exemple 1 L'invention, telle qu'elle est décrite, est appliquée à un procédé de fabrication de pellicule soufflée, Ùdu type tube tournant, en polyéthylène, le système comportant une tête formant filière de 50 cm de diamètre. Un pyromètre optique du type qui n'est pas en contact (thermomère à radiation) vendu sous le nom de marque déposée "Iron Modline" "Instrument Series 3400" est utilisé comme instrument pour détecter et surveiller la température de la pellicule. On définit une zone de contrtle qui se trouve au moins à 7,5 cm en dessous de la ligne de"con#é1ation" et, de la façon la plus optimale, à environ 22,5 cm en dessous de la ligne de "congélation" et au moins à 15 cm au-dessus de la tête formant filière.On établit une température de contral de.l60C. On utilise un contrleur proportionnel vendu dans le commerce sous la marque déposée "Ircon" "Instrument Se ries 3400", qui reçoit continuellement la sortie électrique du pyromètre optique et qui transforme celle-ci proportionnellement en une sortie pneumatique commandant un moteur pneumatique commandant un moteur pneumatique à piston comportant une vanne à papillon intégré. Ce dernier ds- positif ou ensemble est vendu dans le commerce sous la marque déposée "Valtek Vector One Butterfly Valve". On utilise une soufflante d'une capacité d'environ 42 cm3/mn et on la fait fonctionner à pleine capacité en la soumettant à une régulation unique ment par commande de la position de la vanne à papillon.Le tableau I résume les résultats comparatifs entre des cas avec et sans centrale ou régulations et, sur ce tableau, l'expression débit maximal" désigne la cadence maximale possible de production de pellicules, cadence qui est impossible dans une production industrielle, et ltexpression "production maximale de pellicule de qualité" est le débit maximal de production d'une pelli cule de bonne qualité basée sur des normes acceptables de planéité de pellicule et d'uniformité de profil d'épaisseur. Ces derniers chiffres sont donnés en kg/h. TABLEAU I Description Sans-contrale Avec centrale Débit maximal (kg/h) 306 306 Production maximale de pellicule de bonne qualité 246 249 (kg/h) Exemple 2 Le procédé de contrale ou régulation selon la présente invention a été aussi vérifié en étant appliqué à une chatne de fabrication ou d'opérations de soufflage de polyéthylène à volume encore plus élevé dans un système utilisant une filière de 75 cm de diamètre, le procédé étant également du type à tube tournant. Le procédé de contrôle et l'appareil pour le mettre en oeuvre sont essentiellement les mêmes que ceux décrits précédemment. La température de contrale et la zone de centrale sont pratiquement les mêmes que pour l'exemple 1. Dans cet essai, on a démontré qutil est possible d'obtenir une capacité de production accrue dans de grandes proportions par rapport à celle qui est obtenue dans un cas sans contrôle" les résultats étant donnés dans le tableau ci-après TABLEAU Il Description Sans contrôle Avec contrale Débit maximal (kg/h) 454 kg/h 454 kg/h Production maximale de pellicule de 363 kg/h 408 kg/h bonne qualité (kg/h) Il est bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des variantes ou des modifications peuvent y être apportées dans le cadre de la présente invention laquelle est définie par les revendications ci-annexées. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de pellicules soufflées dans lequel on fabrique une pellicule par extrusion d'un tube continu d'une matière résineuse synthétique plastifiée à chaud et formant une pelliculeXton allonge ou étire la pellicule tubulaire autour d'une bulle d'air ou de gaz emprisonnée dans le tube, le procédé susvisé étant caractérisé par le fait que : on surveille la température de la pellicule tubulaire dans une zone de contrô- le s'étendant entre une ligne de "congélation" ou de durcissement de la pellicule tubulaire et la tête formant filière d'extrusicr#cette zone de contrôle étant éloignée d'une distance suffisante de la ligne de "congélation" de manière à être moins influencée par la cristallisation de la matière de la pellicule plastifiée à chaud; on établit une température de centrale ou régulation pour la zone de contrale; on compare la température surveillée avec la température de contrôle; et on centrale la température de la pellicule sur sa circonférence dans la zone de centrale et au-dessus de la tête formant filière d'extrusion en réponse à la température surveillée, de manière à établir une température sensiblement constante dans la zone de centrale de la pellicule soufflée. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'opération de centrale ou régulation de température consiste à faire varier le débit du gaz et de l'air de refroidissement à travers une bague de refroidissement disposée dans la zone de contrôle au-dessus de la tête de la filière d'extrusion.