Brevet FR2485319A1 — publié le 19811224

i 1 24853 19 La présente invention est relative à une nouvelle installation pour le traitement en continu d'un matériel de longueur indéfinie, tel qu'un film plastique par exemple en résine de chlorure de polyvinyle et de longueur indéfinie, avec un plasma de basse température. Il est bien connu que, lorsqu'un article façonné en matière plastique, en particulier en résine PVC, est soumis à un traitementavec, ouexposé à un plasma de basse température de certains gaz, on obtient différentes modi- fications avantageuses des propriétés superficielles de l'article façonné. Par- mi ces propriétés améliorées par le traitement avec le plasma figurent une diminution de lan migration etde l'exsudation de plastifiants contenus dans l'article façonné, une mouillabilité par l'eau améliorée de la surface, c'est- à-dire une meilleure affinité pour l'eau, une moindre accumrnulationd'électri- cité statique à la surface, une moindre tendance au blocage ou à l'adhérence entre les surfaces, une meilleure réceptivité à 'imnpression, une résistance à l'usure, une résistance aux intempéries, une moindre sensibilité aux taches de la surface etc. Etant donné que l'effet du traitement avec le plasma est limité aux propriétés superficielles, on obtient les meilleurs résultats lorsque l'article façonné traité avec le plasma est un imatériel de faible épaisseur, du type filmn, en matiere plastique. Par contre pour le traitement de ce type dear- ticles de longueur indéfinie avec un plasma de basse temperature à l'échelle industrielle, il n'existaitpas jusqu'à ce jour d'installation répondant aux exigences pratiques en raison du fait que la génération deplasma de basse température par l'application d'une puissance électrique de haute fréquence ne peut être réalisée que dans une atmosphère sous pression réduite, com- prise par exemple entre 0, 01 et 13 mbar. Il a bien entendu été proposé plusieurs installations pour le traite- ment de matériel pelliculaire de longueur indéfinie avec le plasma, non seu- lement sous la forme de feuilles coupées, mais aussi sous forme de rouleaux dans un procédé discontinu. Au cours du traitement d'un matériel de longueur indéfinie tel qu'une pellicule ou un film enroulé, le rouleau entier estinstallé dans une chambre à plasma qui est alors mise sous pression réduite pour créer les conditions pour le traitement par le plasma. De ce fait, un film 2 2485 319 ou pellicule en matière plastique contenant un plastifiant, un stabilisantou d'autres additifs relativement volatils subit un certain degré de dégradation suite à l'évaporation d'ingrédients volatils. En outre, l'air enfermé dans la profondeur du rouleau est libéré au fur et à mesure dans l'atmosphère à pression réduite dans la chambre à plasma de sorte qu'il faut un temps assez long pour assurer une pression de préférence inférieure à 0, 13 mbar. De plus, la libération graduelle de l'air à partir du rouleau de film est particu- lièrement néfaste dans les cas oh l'oxygène de l'air influence négativement l'efficacité du traitement avec le plasma, donnant lieu à un importantproblè- me difficile à résoudre. Afin d'obtenir des résultats reproductibles après le traitement d'un matériel de longueur indéfinie tel qu'un film en matière plastique avec un plasma de basse température obtenu par l'application d'une puissance électrique dont la fréquence est comprise entre quelques kHz et plusieurs centaines de MHz dans un gaz à plasma sélectionné, sous une pression com- prise entre 0, Ol et 13 mbar, il est essentiel que la pression de l'atmosphère à plasma soit maintenue constante pendant le traitement et que les gaz autres que le gaz à plasma sélectionné soient exclus le mieux possible de l'atmos- phère à plasma. Un rouleau de film placé dans une chambre à plasma s'accom- pagne nécessairement de ces difficultés auxquelles il est difficile de remédier. L'invention a par conséquent pour objet de pourvoir à une nouvelle installation améliorée pour le traitement en continu d'un matériel pelliculaire en plastique de longueur indéfinie, tel qu'un film plastique enroulé, avec un plasma de basse température, ne présentant pas les problèmes inhérents aux procédés et installations de l'art antérieur. Dans la présente installation aucun rouleau de matériel de longueur indéfinie n'a besoin d'être placé dans la chambre à plasma. Dans l'installation on réalise un transfert air-air du matériel de longueur indéfinie l'entrée et la sortie de celui-ci s'effectuent à l'état déroulé, etaprès le traitement dans la chambre à plasma, il est enroulé en continu sur un rouleau. La présente installation pour le traitement en continu d'unmatériel pelliculaire de longueur indéfinie dans le plasma de basse température d'un gaz à plasma à pression réduite comprend: a) au moins une chambre à plasma possédant une ouverture avant 2485 31 9 et une ouverture arrière, respectivement dans les parois avantet arrière, à travers lesquelles le matériel est transporté, b) une cathode ou une électrode de masse en forme de tambour montée dans la chambre à plasma, supporté par un arbre autour de l'axe de laquelle la cathode peut tourner, cet axe étant perpendiculaire à la ligne de connexion entre les ouvertures avant et arrière de la chambre à plasma, c) au moins une anode ou électrode de puissance en forme de tige fixée dans la chambre à plasma parallèlement à l'axe du tambour formant l'anode, d) une chambre complémentaire avant sous vide dont une extrémité est reliée de façon étanche à l'air à l'ouverture avant de la chambre à plas- ma et dont l'autre extrémité est ouverte à l'atmosphère ambiante de sorte que le matériel de longueur indéfinie peut être introduit par là dans la chambre à plasma, cette chambre étant divisée en au moins deux sas, chacun de ces sas étant muni d'une paire de rouleaux d'obturation disposés verticalement face à face, e) une chambre complémentaire à vide arrière, dont une extrémité est reliée de façon étanche à l'air à l'ouverture arrière de la chambre à plas- ma et dont l'autre extrémité est ouverte à l'atmosphère ambiante de sorte que le matériel de longueur indéfinie peut par là sortir de la chambre à plasma, cette chambre étant divisée en au moins deux sas, chacun de ces sas étant muni d'une paire de rouleaux d'obturation disposés verticalement faceà face, f) des moyens pour mettre sous vide la chambre de plasma et les chambres complémentaires, g) des moyens pour appliquer une puissance électrique à haute fré- quence à la cathode et à l'anode, et h) des moyens pour conférer à la cathode en forme de tambour et aux rouleaux d'obturation, un mouvement rotatoire synchrone concourant. Dans le s de s sins annexé s 1 - les figures l et 2 représentent schématiquement, respectivement, une vue en élévation latérale et en coupe partielle et une vue en plan de l'ins- tallation selon l'invention. 24853 1 9 - la figure 3 représente schématiquement une vue de détail en coupe partielle de la chambre à plasma. - la figure 4 représente schématiquement une vue en élévationlaté- rale et en coupe partielle d'une variante de l'installation selon l'invention comportant deux chambres à plasma montées en série. L'installation selon l'invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés. Les figures 1 et 2 représentent schématiquement respectivement une vue latérale et une vue en plan d'une réalisation type de l'installation selon l'invention. Dans ces figures, la chambre à plasma 1 revêtant la forme d'un tambour pour résister au vide crée dans son intérieur, possède une ouver- ture avant 2 et une ouverture arrière 3 respectivement sur les parois avant et arrière de cette chambre. Ces ouvertures 2, 3 ont chacune la forme d'une fente étroite dont la largeur et la hauteur sont dimensionnées de manière à ne pas entrer en contact avec le matériel F de longueur indéfinie en mouve- ment. Dans la chambre à plasma 1, le plasma de basse température est créé en appliquant une tension électrique de haute fréquence entre la cathode 4 et les anodes 5, munies éventuellement de moyens de refroidissement. La cathode 4 revêt la forme d'un tambour supporté par l'arbre 6 horizontal représenté dans la fig. 3, représentant en coupe partielle la chambre à plas- ma 1, qui peut tourner autour de son axe. La cathode 4 est de préférence réalisée en métal. L'installation représentée dans les figures 1 et 2 possèdent plu- sieurs anodes 5, bien que dans certains cas une anode unique puisse suffire pour que le traitement par le plasma produise l'effet recherché. Chacune des anodes 5 a la forme d'une tige fixée sur la paroi latérale 30 de la cham- bre à plasma 1 avec leurs axes disposés parallèlement à la cathode rotative 4 en forme de tambour afin que la distance par rapport à la surface de la cathode soit uniforme sur toute sa longueur. Si une pluralité d'anodes 5 est installée dans la chambre à plasma 1, toutes les anodes 5 sont pratiquement à la même distance de la surface de la cathode 4, de sorte que l'uniformité 2 4 2485319 du champ électrique, ou, par conséquent, l'uniformité de l'intensité du plasma de basse tenmpérature est assurée dans l'espace formé entre la sur- face de la cathode 4 et l'assemblage en forme de cage des anodes 5. Habi- tuellement celles-ci sont reliées à une borne commune d'un générateur de haute fréquence (non représenté dans les figures) et la cathode 4 estreliée à la borne de masse du générateur. F Le -natérielVde longueur indéfinie introduit dans la chambre à plasma I par l'ouverture avan-t Z est porté en contact direct avec la surface de la cahode rotative 4 à l'aide d'un ensemble de rouleaux de guidage 7 !0 p. i c-nduLi -'ers lP'ouverture arrb-.re 3, h l'aide d'un autre ensemble de roulea sans quef lair a8 bres 2 vide cr:p!lérentaires avaun et arrière o et 9 sont reliées de façon étanc he respectivermenty aux ouverures avant et arrière 2, 3 de la chambre h plasma 1 et chaque chalrbre conpléentaire à vide, 9, est divisée en au ï-oins deux sas réfêrenciés respectivemnent ga, 8b, 8c,..... . ou 9a, 9bs 9c,....Le mode de réalisation représenté dans les figures 1 et 2 possède quatre zas dans chacune des chnbres complémentaires 8, 9. Chaque sas 8a, 8b,......... et 9a, 9b,..... est équipé d'une paire de rouleaux d'obturation référenciés respectivement IOa, lOb,.o.... et lla, llb,........ et le matériel F de longueur indéfinie est introduit dans la chambre à plasma 1 enpassant entre chaque paire de rouleaux lOa, lOb..... dans la chambre complémentaire 8 et, après avoir été soumis au traitement avec le plasma dans la chambre à plasma comme décrit ci- dessus, il est conduit de la chambre à plasma 1 dans l'air ambiant en 6 2485319 traversant la chambre complémentaire à vide 9 en passant de nouveau entre des rouleaux d'obturation, cette fois lla, ilb,....... Il va de soi que les sas sont conçus de sorte qu'ils ne laissent aucun air entrer dans la chambre à plasma 1, bien que la pression dans un sas soit supérieure à celle dans un sas placé plus près de la chambre à plasma 1. Dans les figures, la pression dans les sas 8a et 9d extrêmes est pratiquement égale à la pression am- biante, et la pression dans les sas placés près de la chambre à plasma 1, lOd et lla est presque égale à la pression dans cette dernière. De cette façon le matériel F de longueur indéfinie venant du rouleau 12 est traité en continu avec le plasma de basse température dans la chambre à plasma 1, et est enroulé ensuite sur le rouleau 13 après un transfert air-air. La chambre à plasma 1 et les sas dans les chambres complémen- taires à vide 8, 9 sont bien entendu mises sous vide chacune à l'aide d'une pompe à vide séparée. Il est avantageux à cet effet que les sas dans les chambres complémentaires avant et arrière 8, 9 soient disposées à la mê- me distance ou dans le même ordre par rapport à la chambre à plasma 1, par exemple les sas 8a et 9d, 8b et 9c et 8c et 9b sont combinés deux par deux, et que les sas de chaque paire ainsi furmée soient reliés à une même pompe à vide, étant donné que les pressions dans les sas occupant des po- sitions symétriques par rapport à la chambre à plasma 1 sont pratiquement égales. Ainsi qu'il est représenté dans la figure 2, la chambre à plasma 1, et les paires de sas 8c et 9b, 8b et 9c, 8a et 9d, sont mises sous vide res- pectivement avec les pompes 14, 15, 16 et 17, et à travers les conduits 18, 19, 20 et 21. Comme il est décrit ci-dessus, le matériel F de longueur indéfi- nie se déroule du rouleau d'alimentation 12 et est enroulé sur le rouleau 13 par transfert air-air en passant par la chambre à vide complémentaire 8, la chambre à plasma 1 et la chambre à vide complémentaire 9, à l'aide des rouleaux tendeurs 22 et 23. Le transfert du matériel F à travers l'ins- tallation est commandé par une rotation synchronisée de la cathodetambour 4 et les rouleaux d'obturation 10a, 1 la etc. dans les chambres à vide com- plémentaire 8, 9. La rotation synchronisée de la cathode et de ces rouleaux est très importante pour un transfert en douceur du matériel pelliculaire à travers l'installation. Afin d'assurer une rotation concourante de la cathode et des rouleaux d'obturation 10a, lla etc, ainsi que du rouleau de stockage 13, ils sont entrarnés par un arbre en ligne 24, entraînés par un moteur 25 au moyen de la transmission 26 pour les rouleaux d'obturation de la chambre à vide complémentaire avant 8, de la transmission 27 pour la cathode 4 dans la chambre à plasma 1, de la transmission 28 pour les rouleauxd'obturation de la chambre à vide complémentaire arrière 9 et de la transmission29 pour le rouleau de stockage 13. Aucune puissance'd'entraînement n'est appliquée au rouleau d'alimentation 12 et aux rouleaux tendeurs 22 et 23 car ils sont passifs. Le rouleau d'alimentation 12 peut être supprimé bien entendu dans le cas o la présente installation se trouve directement enaval d'un élément de fabrication, tel que par exemple un dispositif de calandrage, une extru- deuse ou similaires pour films en matière plastique ou un métier pour la fabrication de tissus, et le matériel est introduit directement après sa sortie de la fabrication dans la chambre à vide complémentaire avant 8. La figure 3 représente schématiquement une coupe axiale partielle de détail de la chambre à plasma 1 comportant la cathode-tambour 4, les anodes 5 et les rouleaux de guidage 7. L'arbre 6 comportant la cathode 4 est monté sur un support à cantilever sur l'une des parois latérales 30 à l'aide d'un joint mécanique 31 étanche au vide pendant la rotation et toutes les anodes 5 pénètrent la paroi latérale 30 dont elles sont isolées électriquement au moyen des isolateurs 32, tandis que les rouleaux de guidage 7 peuvent être entièrement à l'intérieur de la chambre. Il est à noter que, comme le montre la figure 3, la cathode 4, les anodes 5 et les rouleaux de guidage7 sont tous maintenus sur une paroi latérale 30 par un support à cantilever, tandis que la paroi latérale opposée 31 estexempte de toute fonction de sup- port à l'égard de la cathode 4 etc. En contrepartie, la paroi latérale 33 re- vêt la forme d'un couvercle amovible comportant une collerette 33a compor- tant un joint d'étanchéité au vide. Le conduit 18 pour mettre la chambre à plasma 1 sous vide est ouvert au fond de la chambre 1. La répartition des fonctions entre les deux parois latérales 30 et 33 est très avantageuse car la paroi latérale ou le couvercle amovible 33 peut être enlevée pour faciliter l'amorçage du début du matériel F de longueur indéfinie à travers la chambre à plasma 1, et aussi l'inspection et le nettoyage 8 2485 319 de l'intérieur de la chambre à plasma, des électrodes 4 et 5 et des rouleaux 7 de sorte que l'on obtient une installation à très haut rendement. En outre, la paroi 30 maintenant les électrodes 4, 5 et les rouleaux de guidage 7 est conçue de façon à pouvoir être montée sur le corps princi- pal de la chambre à plasma 1 avec le haut en bas, c'est-à-dire tournée de , sans changement des positions relatives des électrodes et des rouleaux de guidage. La conception de la paroi latérale 30 ci-dessus mentionnée est avantageuse lorsqu'on désire soumettre les deux surfaces, recto et verso, d' un matériel de longueur indéfinie à un traitement ave c le pla sma de ba s se température, au moyen de deux chambres à plasma de même conception et reliées en série. La figure 4 représente schématiquement un tel mode de réalisa- tion de l'installation selon l'invention, selon une vue en élévation latérale et en coupe partielle, o deux chambres à plasma la et lb sont reliées en série par l'ouverture arrière 3a de la première chambre à plasma la et l'ouverture avant 2b de la deuxième chambre à plasma, les chambres complémentaires à vide avant et arrière 8 et 9 étant reliées respectivement à la première et la seconde chambres à plasma, comme décrit ci-dessus. Les chambres à plasma la et lb peuvent être construites selon le même plan mais leurs pa- rois latérales qui supportent les électrodes et les rouleaux de guidage sont montées sur les corps principaux respectifs des chambres en positions in- versées, l'une par rapport à l'autre. En d'autres termes, la paroi latérale de la seconde chambre à plasma lb se trouve en position inversée par rapport à la paroi latérale de la première chambre à plasma la, de sorte que le ma- tériel F de longueur indéfinie parcourant ces deux chambres la et lb est d'abord exposé selon une surface au plasma dans la première chambre puis introduit dans la seconde chambre lb o l'autre surface du matériel F est exposée au plasma. De cette façon le matériel F peut être traité avec un plasma de basse température sur ses deux surfaces au cours d'un seul cycle, ce qui améliore grandement l'efficacité de l'installation. Si l'effet du traitement avec le plasma est souhaité sur une seule surface seulement du matériel de longueur indéfinie, il est bien entendu pos- sible de monter les parois latérales des deux chambres à plasma la et lb 9 2485319 dans le même sens, de sorte qu'une surface du matériel F est exposée au plasma dans la première chambre à plasma la, et que cette même surface est exposée de nouveau au plasma dans la seconde chambre à plasma lb, ce qui permet de doubler ainsi le temps d'exposition au plasma. Autrement dit, la vitesse de transfert du film à travers les chambres à plasma peut être doublée si l'effetrecherché de l'exposition au plasma, dont on suppose l'in- tensité être proportionnelle au temps d'exposition au plasma, est le même que pour un seul passage. Il est ainsi possible d'augmenter l'efficacité du traitement avec le plasma, tout simplement par un plus grand nombre de chambres à plasma disposées en série, dont les première et dernière seu- lement sont reliées à une paire de chambres à vide complémentaires avant et arrièreo Le nombre de chambres n'est pas limité à deux bien entendu, mnais peut être égal à trois ou plus selon l'effet recherché, la vitesse de transfert du matériel de longueur indéfinie pouvant être augmentée bien entendu de façon correspondante. L'installation selon l'invention peut être utilisée pour un grand nomn- bre de matières de longueur indéfinie, principalement des matières organi- ques. On peut citer à titre d'exemple les fi-lrn plastiques de chlorure de poly- vinyle, de polyéthylene, de nylon, de polyester, d'acétate de cellulose et si- milaires, des feuilles de caoutchouc naturel ou smynthétique et des étoffes par exemple des étoffes tissues, non tissues ou tricotées en fibres naturelles ou synthétiques, ainsi que placage de bois, des papiers et leurs combinaisons. Il ressort de la description qui précède que l'appareil selonl'inven- tion pour le traitement en continu d'un matériel de longueur indéfinie avec un plasma de basse tenmpérature est très avantageuwx en ce qui concerne l'effica- cité du traitement avec le plasma et aussi en raison de ses facilités d'adapta- tion aux différentes exigences des traitements en fonction du matériel de lon- gueur indéfinie à traiter, et de la nature recherchée de l'effet du traitement avec le plasma. 2485319 REVENDICATIONS 1 - Installation pour le traitement en continu d'un matériel de lon- gueur indéfinie avec un plasma de basse température d'un gaz à plasma sous pression réduite caractérisée en ce qu'elle comprend: a) au moins une chambre à plasma (1) pourvue d'une ouverture avant (2) et d'une ouverture arrière (3) dégagée respectivement dans les pa- rois avant et arrière, à travers desquelles ouvertures le matériel de longueur indéfinie (F) est transporté, b) une cathode en forme de tambour (4) montée dans la chambre à plasma (1) supporté par un arbre (6) autour de l'axe duquel la cathode peut tourner, cet axe étant perpendiculaire à la ligne reliant les ouvertures avant (2) et arrière (3) de la chambre à plasma (1), c) au moins une anode (5) en forme de tige montée dans la cham- bre à plasma avec son axe parallèlement à la cathode (4) en forme de tam- bour, d) une chambre complémentaire à vide avant (8) dont une extrémi- té est reliée de façon étanche au vide à l'ouverture avant (2) de la chambre à plasma (1) et dont l'autre extrémité est ouverte à l'air ambiant, de sorte que le matériel de longueur indéfinie (F) peut être transporté à travers cette chambre (8) dans la chambre à plasma (1), cette chambre (8) étant divisée en au moins deux sas (8a, 8b...), chaque sas étant équipé d'une paire de rouleaux d'obturation (10a, lob...) disposés face à face dans le plan verti- cal, e) une chambre complémentaire à vide arrière (9) dont une extré- mité est reliée de façon étanche au vide à l'ouverture arrière (3) de la cham- bre à plasma (1) et dont l'autre extrémité est ouverte à l'air ambiant de sorte que le matériel de longueur indéfinie (F) peut sortir à travers cette chambre (9) de la chambre à plasma (1), cette chambre (9) étantdivisée en au moins deux sas (9a, 9b...), chaque sas étant équipé d'une paire de rou- leaux d'obturation (lla, llb...) disposés face à face dans le plan vertical, f) des moyens pour mettre la chambre à plasma (1) et les cham- bres complémentaires (8, 9) sous vide, g) des moyens pour appliquer une puissance électrique de fréquence élevée entre la cathode etl'anode, et 1i2435319 h) des moyens pour conférer un mouvement rotatoire concourant à la cathode (4) en forme de tambour, aux rouleaux d'obturation (10a, lob... , lla, llb,...) et au rouleau d'emmagasinage (13). 2 - Installation selon la revendication 1, caractérisée ence qu'elle comprend en outre au moins un rouleau de guidage (7) monté dans la chambre à plasma pour guider le matériel (F) de longueur indéfinie à mettre en con- tact avec la surface de la cathode (4). 3 - Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que la cathode (4) l'anode (5) et le rouleau de guidage (7) sont maintenus sur une des parois latérales (30) de la chambre à plasma (1) par des supports à can- tilever, l'autre paroi latérale (33) de la chambre à plasma (1) étant réalisée sous la forme d'un couvercle amovible de la chambre à plasma. 4 - Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que la paroi latérale (30) de la chambre à plasma (1) supportant la cathode (4), l'anode (5) et le rouleau de guidage (7) peut être montée en positions oppo- sées. - Installation selon la revendication 1, caractérisée ence que les moyens pour mettre la'chambre à plasma (1) et les chambres complé- mentaires (8, 9) sous vide comprennent une pluralité de conduits à vide reliés soit à la chambre à plasma (1) soit à une paire de sas (8a, 8b..., 9a, 9b...), chaque paire étant formée par une combinaison de sas situés à des emplacements symétriques par rapport à la chambre à plasma (1) dans les chambres complémentaires avant et arrière (8, 9), ainsi qu'une pompe à vide pour chacun des circuits précédents. 6 - Installation selon la revendication 1, caractérisée ence que les moyens pour conférer un mouvement rotatoire concourant à la cathode (4), aux rouleaux d'obturation (10a, lob..., lla, llb,....) et au rouleau d'em- magasinage (13) comprend un moteur (25), un arbre en ligne (24) entraîné par le moteur (25) et des dispositifs de transmission (26, 27, Z8, 29) pour transmettre la puissance d'entraînement de l'arbre à la cathode (4), aux rouleaux d'obturation (10a, lob..., l1a, llb,...) et au rouleaude stockage (13) 7 - L'installation selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comprend deux chambres à plasma (la, lb) reliées ensemble en 12 2485319 série, dans lesquelles la cathode, l'anode et les rouleauxde guidage de la seconde chambre à plasma (lb) sont en position inversée par rapport aux éléments analogues de lapremière chambre à plasma (lb).