Brevet FR2501568A1 — publié le 19820917

-1- L'invention concerne un procédé et un disposi- tif pour souder des matériaux thermoplastiques, notam- ment, mais non exclusivement, des matériaux thermo- plastiques en feuille. Dans cet exposé, l'invention est décrite pour le soudage de matériaux thermoplastioues en feuille. La description ne doit toutefois pas être considérée comme une limitation de la portée de l'invention ou de ses applications. Selon un procédé connu, pour souder des maté- riaux plastiques en feuille, on dispose les feuilles de manière qu'elles se chevauchent et on recouvre le joint avec un matériau thermoplastique extrudé fondu. Lorsque le matériau extrudé se solidifie, il se fixe sur chaque feuille et forme une liaison étanche au niveau du joint. Les feuilles plastiques sont généra- lement préchauffées juste avant que soit déposé le matériau extrudé pour que ce dernier puisse être uti- lisé à température plus basse et pour donner à la soudure une meilleure qualité. Le préchauffage se fait généralement par air chaud ou par rayonnement à partir d'une source constituée, par exemple, par une ou plusieurs lampes halogènes. L'air chaud ou la source de rayonnement ont le désavantage de ne pas pouvoir être contrôlés faci- lement; autrement dit, le degré de préchauffage peut varier de place en Dlace, de sorte que la résistance ou les autres caractéristiques de la soudure peuvent ne pas être uniformes. Un courant d'air peut, par exemple, dévier partiellement et momentanément un jet d'air chaud, ce qui peut se traduire par un préchauf- fage pratiquement nul à un endroit donné du joint. Le procédé qui vient d'être évoqué convient assez bien aux matériaux plastiques tel que le chlanxe -2- de polyvinvie (P.V.C.), mais il présente de grosses difficultés lorsqu'il s'agit de souder du rolythène par exemple. Des "essais de pelage" ou-"peel test" faits à une température élevée sur des feuilles de polythène soudées démontrent que le matériau extrudé peut aisément être ôté du substrat en polythène car le soudage ne se fait pas correctement. Au cours de ces essais de pelage, on soumet la soudure à des for- ces de pelage contrôlées (et non à des forces de civsl- lement), et les essais menés à température ambiante normale démontrent fréquemment qu'il n'y a pas eu fusion correcte. On se référera à la demande de brevet Sud Africain n0 81/1427 au nom de la demanderesse qui traite du chauffage par conduction et du traitement par endommagement des surfaces thermoplastiques avant dépôt du matériau fondu. Le procédé décrit dans cette demande donne de bons résultats, mais, pour certaines applications, il présente certains inconvénients de nature pratique. La présente invention propose un procédé et un dispositif améliorant le processus de soudage des matériaux thermoplastiques. Selon le procédé conforme à la présente in- vention: (a) on dépose une couche continue de matériau de soudage thermoplastique fondu sur les zones adja- centes des surfaces à souder, ce dépôt étant effectué, au moins en partie, avec effet d'enduction par "barbouillage", le matériau étant également soumis à des forces de cisaillement agissant transversalement aux surfaces à souder, et (b) on laisse se solidifier le matériau déposé. Conformément à l'invention, les zones adjacentes -3- précitées peuvent être Dréchauffées avant dépôt du matériau de soudage fondu; le préchauffage se fait par rayonnement et/ou conduction, et ces zones adja- centes peuvent être endommagées superficiellement au cours du préchauffage ou au cours du dépôt du matériau de soudage ou encore au cours des deux opérations. Conformément à l'invention, les surfaces con- sidérées sont celles de deux feuilles en matériau thermoplastique se chevauchant, et les zones adjacen- tes considérées sont les zones qui sont chacune adja- centes à un bord d'une surface, ou les zones adjacen- tes à un bord des feuilles et comprises entre les deux feuilles. Toujours conformément à l'invention, le maté- riau fondu est malaxé en permanence avant d'être dé- posé. L'invention concerne également un dispositif pour le soudage en continu de surfaces en matériau thermoplastique, ce dispositif comportant: - des moyens pour déposer une couche continue de matériau de soudage thermoplastique fondu sur des zones adjacentes de ces surfaces; et - des moyens d'enduction pour soumettre le ma- tériau à un effet d'enduction en surface au cours du dépôt. L'appareillage conforme à l'invention comporte également des moyens pour endommager superficiellement les surfaces au cours du dépôt du matériau fondu, ces moyens étant solidaires des organes d'enduction. Selon un premier exemple de réalisation du dispositif conforme à l'invention, ce dispositif com- porte un tube d'alimentation se terminant par une buse pour le matériau de soudage, et les moyezsd'en- duction comportent au moins un organe tournant se -4- terminant par une surface d'enduction à l'intérieur de la buse. Selon un deuxième exemple de réalisation du dispositif conforme à l'invention, ce dispositif com- porte un tube d'alimentation tournant pour le matériau de soudage, ce tube se terminant par une surface d'en- duction annulaire et transversale à l'intérieur d'une buse. Dans les premier et deuxième exemples de réa- lisation du dispositif conforme à l'invention, la position de la surface d'enduction est ajustable par rapport aux surfaces à souder, et cette surface d'en- duction comporte des parties saillantes pour endomma- ger superficiellement ces surfaces à souder. Selon un troisième exemple de réalisation du dispositif conforme à l'invention, celui-ci comporte un tube d'alimentation et une buse, avec des moyens pour entratner le matériau fondu en tourbillon, trans- versalement par rapport aux surfaces à souder, lors du dépôt de ce matériau fondu. La suite de la description se réfère aux des- sins annexés qui représentent: Figure 1, une vue en élévation et en coupe d'un premier exemple de réalisation du dispositif conforme à l'invention; Figure 2, une vue en élévation et en coupe d'un deuxième exemple de réalisation du dispositif conforme à l'invention; Figure 3, une vue en élévation et en coupe du tube d'alimentation d'un troisième mode de réalisa- tion du dispositif conforme à l'invention; et Figure 4, une vue en élévation et en coupe des surfaces de cisaillement d'un quatrième mode de réalisation du dispositif conforme à l'invention. -5- Le dispositif 1 représenté Figure 1 nermet de souder des feuilles en matériau thermoplastique 2 qui se chevauchent, ces feuilles étant, par exemple, en polythène et le dispositif 1 comportant un dispositif d'extrusion portant la référence générale 3. Le dispo- sitif d'extrusion se compose d'un f t 4, qui par un épaulement tronconique 6, se rétrécit à son extrémité inférieure 5 pour former un tube d'alimentation allon- gé 7, qui lui est concentrique. Une vis d'alimentation 8 est montée à l'inté- rieur du f t 4 et repousse, dans le tube d'alimentation 7, le matériau de soudage thermoplastique fondu 9. Un organe tournant de section circulaire 11 prolonge en faisant corps avec elle l'extrémité inférieure 10 de la vis d'alimentation 8. L'organe tournant 11 est con- centrique à la vis d'alimentation 8 et placé sur l'axe du tube d'alimentation pour former un passage annulaire 12 avec la paroi intérieure de ce tube, le matériau de soudage fondu descendant par ce passage annulaire. A l'extrémité inférieure du tube d'alimenta- tion 7, se trouve une buse permettant au matériau de soudage fondu de sortir dans une direction sensible- ment transversale à l'axe de ce tube. La buse est formée en rendant le bord arrière 13 du tube d'ali- mentation quelque peu plus court que son bord avant14. L'organe tournant 11 se termine par une sur- face d'enduction circulaire 15 dont le niveau se situe à mi-distance entre les bords avant et arrière du tube d'alimentation. Sur la plus grande partie de sa longueur, le tube d'alimentation 7 est emboîté dans une enveloppe isolante 16 en matériau approprié résistant à la cha- leur, par exemple le matériau vendu sous la dénomina- tion "Téflon". Au niveau du bord arrière 13 du tube -6- d'alimentation, l'enveloppe 16 se prolonge vers l'arrière pour former deux guides 17 constituant un pont au-dessus du matériau fondu 28, ces guides sup- portant le dispositif sur les feuilles 2 à souder. Devant le bord avant 14 du tube d'alimenta- tion 7, se trouve un dispositif de préchauffage 18, pour préchauffer le matériau en feuille avant au'il soit soudé ainsi qu'il est connu. En cours d'utilisation, on dispose les deux feuilles en matériau thermoplastique, du polythène par exemple, de manière qu'elles se chevauchent sur une petite distance, et on passe le dispositif 1 de souda- ge centralement, le long du bord de la feuille supé- rieure qui recouvre la feuille inférieure. Lorsque l'appareil est déplacé le long de ce bord, les zones des surfaces des feuilles qui sont adjacentes au bord précité sont préchauffées par le dispositif 18 à une température immédiatement supérieure au point de fusion du matériau thermoplastique. Immédiatement après le préchauffage, une couche de matériau thermoplastique fondu est déposée sur les zones considérées ainsi que sur le bord précité par le dispositif d'extrusion. On remarquera que la vis d'alimentation 8 du dispositif d'extrusion repousse le matériau de soudage thermoplasticue fondu 9 vers le bas dans le tube d'a- limentation 7. Lorsque le matériau descend dans ce tube, il est malaxé en permanence par l'organe tour- nant 11 de sorte que le gradient de température est sensiblement nul entre l'intérieur de la masse de matériau fondu et les parties de ce matériau qui sont en contact avec la paroi du tube d'alimentation. On évite ainsi que soit déposée sur le matériau en feuil- le, comme dans les appareils connus, une couche de matériau fondu relativement froide. -7- Lorsque le matériau fondu est extrudé du tube d'alimentation 7, une grande partie de ce matériau est soumis à des forces de cisaillement créées par la sur- face d'enduction tournante 15. Une partie du matériau est de la sorte enduit à la surface des feuilles et dans toutes les directions parallèles à cette surface. Il se trouve que ces projections ou enductions condui- sent à une liaison particulièrement bonne entre le matériau de soudage 28 et les feuilles à souder. Dans le second mode de réalisation représenté sur la Figure 2, le dispositif comporte un tube d'ali- mentation 21 qui tourne autour de son axe et se termine par une surface d'enduction plate et annulaire 23 pour- vue de parties saillantes 24. Le tube d'alimentation tournant 21 est embo!té dans une enveloppe isolante du même type que l'envelop- pe isolante décrite en regard du premier mode de réalisation. On donne toutefois à cette enveloppe une forme telle qu'elle constitue le bord avant du dis- positif, ainsi cue le guide 25 à l'arrière. On utilise ce deuxième dispositif comme le premier et, lorsqu'on le déplace le long du bord su- périeur des feuilles 26, le matériau de soudage thermo- plastique fondu descend à l'intérieur du tube qui tourne autour de son axe. Lorsque ce matériau de soudage sort du tube d'alimentation, il passe sous les surfaces d'enduction 23 et est ainsi projeté et enduit sur les zones adjacentes préchauffées des feuilles qui sont endommagées par les parties sail- lantes 24. Dans le dispositif conforme au troisième mode de réalisation représenté en partie Figure, 3, il n'y a pas de parties tournantes, mais le tube d'alimenta- tion 29 comporte intérieurement des moyens constituant -8- des guides hélicoidaux 27 qui impriment au matériau fondu un mouvement de tourbillonnement lorsqu'il des- cend dans ce tube. - Du fait qu'il est entraîné en un mouvement tourbillonnant, le matériau est là encore enduit à la surface des feuilles à souder lorsqu'il sort de la buse à l'extrémité du tube d'alimentation. Le dispositif conforme au quatrième mode de réalisation illustré Figure 4 est analogue à celui du premier mode de réalisation. Ce dispositif comporte, non pas une seule surface de cisaillement, mais deux surfaces tournantes de cisaillement qui sont adjacen- tes, la surface 31 étant à un niveau légèrement plus bas que la surface 30. C'est un dispositif qui est conçu pour opérer un effet latéral lorsqu'on doit souder des feuilles de plastique 32 qui sont relati- vemènt épaisses. Comme on l'a représenté, chacune des surfaces et 31 est pourvue de parties saillantes pour endom- mager les feuilles thermoplastiques. On a décrit l'utilisation de l'appareil pour le soudage des seules surfaces supérieures de feuilles de matériau. Mais on peut aisément envisager l'utili- sation d'un appareil conforme à l'invention pour souder les deux feuilles en déposant simultanément le matériau de soudage entre ces deux feuilles. On peut également envisager de rendre ajusta- ble la distance entre la surface d'enduction et les surfaces à souder de manière à augmenter ou diminuer l'effet d'enduction et de cisaillement. On peut aussi envisager que ces surfaces soient situées sur un organe tournant entraîné indépendamment du dispositif d'extrusion de l'appareil. -9- R E V E N D I C A T I 0 N S ) Procédé de soudage de surfaces de matériau thermoplastique, entre elles, caractérisé en ce qu'il consiste: (a) à déposer une couche continue de matériau de soudage thermoplastique fondu (9,28) sur les zones adjacentes des surfaces à souder (2), le dépôt d'au moins une partie de ce matériau de soudage fondu se faisant avec effet d'enduction, le matériau étant sou- mis à des forces de cisaillement transversalement aux surfaces précitées, et (b) à laisser se solidifier le matériau déposé. ) Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les zones adjacentes précitées sont préchauffées (18) avant dépôt du matériau de soudage fondu. ) Procédé selon la revendication 2, caracté- risé en ce que le préchauffage se fait par rayonnement et/ou conduction. ) Procédé selon la revendication 2, caracté- risé en ce que les zones adjacentes précitées sont en- dommagées (24) superficiellement au cours de l'opéra- tion de préchauffage et/ou au cours du dépôt du maté- riau de soudage. ) Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le matériau de soudage fondu est malaxé (il) en permanence immédiatement avant d'être déposé. ) Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les surfaces précitées sont celles de deux feuilles en matériau thermoplasticue se chevau- chant. ) Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les zones adjacentes précitées sont des -10- zones adjacentes à un bord de l'uredes surfaces. 8 ) Procédé selon la revendication 7, caracté- risé en ce que les zones adjacentes précitées sont des zones situées entre les surfaces et adjacentes à un bord. 9 ) Dispositif de soudage en continu de surfa- ces de matériau thermoplastiaue, caractérisé en ce au'il comporte: - des moyens (1) pour déposer une couche conti- nue de matériau de soudage thermoplastique fondu sur des zones adjacentes de ces surfaces (2), et - des moyens d'enduction (15) pour soumettre le matériau à un effet d'enduction sur les surfaces précitées au cours du dépôt. 10 ) Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (24) pour endommager superficiellement les surfaces précitées lors du dépôt du matériau fondu. 11 ) Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens d'endommagement (24) sont solidaires des moyens d'enduction (23). 12 ) Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte un tube d'alimenta- tion (7) pour le matériau de soudage (12), cre tube se terminant Dar une buse (13,14), et les moyens d'enduc- tion (15) étant constitués par au moins un organe tournant (11) se terminant par une surface d'enduction à l'intérieur de la buse. 13 ) Dispositif selon la revendication 9, carectérisé en ce Qu'il comporte un tube d'alimenta- tion tournant (21) pour le matériau de soudage, ce tube se terminant, à l'intérieur de la buse, par une surface d'enduction (23) de forme annulaire trans- versale. -11- ) Dispositif selon l'une des revendications 12 et 13, caractérisé en ce que la position de la sur- face d'enduction est ajustable par rapport aux surfa- ces à souder. 150) Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moyens d'enduction se com- posent de deux organes tournants adjacents (30,31) se terminant chacun par une surface d'enduction. ) Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce ou'il comporte un tube d'alimenta- tion (29) et une buse, avec des moyens (21pour entrai- ner le matériau fondu en tourbillons, transversalement aux surfaces à souder, lors de l'opération de dépôt.