Brevet FR2581929A1 — publié le 19861121

La prdsente invention concarns un produit h trois couches, isolant thermique, impermbable aux gaz tels que l'humidité de l'air et mprimabla, ainsi que son procédé de fabrication. I1 existe actuellement des composites a base de polyéthylène expansu recouvert de papier, notamment pour la fabrication d'emballages nti-chocs. L'assemblage des composants se fait souvent a froid et le produit final n'est apprécié que pour sa flexibilité et ses propriétés anti-chocs. De pus, le composite est peu isolent, trams perméable aux gaz et trop souple pour permettre la réalisation d'emballages rigides. Il existe aussi des stratifiés constitués d'une couche de polys tyrbne expansé recouverte d'une pellicule plastique mXtallisée. La solidarisation a chaud des composants est réalisée en inter calant j eux par extrusion, un film plastique intermédiaire à l'état fondu, comme décrit dans le procédé correspondant. Si lton souhaite multiplier le nombre de couches, il faut multiplier d'autant le nombre de films intermédiaires et par conséquent le nombre d'sxtrudeuses à filib- re plate pour déposer ce film. La fabrication d'un tel produit nécessi- te donc l'emploi d'un important matériel.De plus, les réglages des tam pdratures et des vitesses de défilement des composants doivent être très précis, afin d'éviter le destruction du polystyrène expansé malheureusement dans le temps ils ne sont pas constants et leurs variations sont source de nombreux rebuts. Les propriétés d'un tel matériau sont modestes car la feuille plastique précitée, recouverte d'un fin dépôt d'aluminium, n'est pas barrière aux gaz puisque le dépôt d'aluminium est trop hétérogène pour présenter une telle propridtd difficile a obtenir. Le stratifié obtenu ne peut être mis en forme sinon par thermoformage, après sa fabrication et son stockage. En effet, auite a deux conformations successives, le bande stratifiée n'est pas plane même après déroulement. La figure 1 représente le dispositif de fabrication du stratifié déja existant afin d'expliquer les conformations du produit final. Le polystyrène expansé est extrudé par une filière circulaire (10) sur un conformateur cylindrique réfrigérant (ii) selon un procédé connu. le polystyrène expansé est donc une première foie conformé en forme tubulaire (12) par refroidissement de se structure moléculaire. La gaine formée (12) et ensuite ouverte selon une de ses génératrices par un couteau (13) pour former une bande non plane (14) tirée par rouleaux (15) et recouverte d'un film plastique extrudé selon le procédé décrit dens le brevet correspondant. Après recouvrement par un film extrudé, le stratifié encore chaud est enroulé sur un mandrin (16) et est une seconde fois conforné sous l'action d'un nouveau refroidissement 8 l'air et de l'enroulement an bobine (1-7).Le stockage du stratifié pendant au moins 48 heures avant transformation est nécessaire afin de permettre le mûrisaement de l'expansé, c'est-b-dire l'évaporation de l'agent d'expansion résiduel, cet agent étant b l'état gazeux a la tem pérature ambiante. Il ne peut donc y avoir transformation immédiate du stratifié directement après la solidarisation de ses composants. Après la période de mûrisssment, la bobine de stratifié est déroulée puis la bande est thermoformée. Enfin, ni la face de polystyrène expansé, ni la face de film plastique, même aluminisée, na permettent la reproduction d'impressions complexes et multicolores, cela a cause de leur très faible polarité et de leur état de surface empêchant un bon accrochage des encres. I1 n'existe donc pas, actuellement, de stratifié plans alliant rigidité, légèreté, isolation thermique, imperméabilité eux gaz, imprimabilité. L'invention permet due remédier a ces inconvénients et vise parti culièrement à la fabrication d'un matériau constitué de trois couches solidaires : une couche centrale en mousse de polystyrène (1), recouverte sur une face d'une feuille de papier (2) préalablement enduite d'une colle thermorusible sur sa face 82!) en regard de la mousse (1), et sur l'autre face, recouverte d'une feuille (3) barrière aux gaz en aluminium, elle aussi enduite préalablement sur sa face (3) en regard de la mousse (1) de la colle thermofusible déjà citée.La solidarisation des composants est obtenue par fusion de la colle thermofusible et pressage a chaud a l'aide de deux cylindres chauffants (S1) (52) La figure 2 représente en coupe le stratifié à trois couches selon l'invention. La figure 3 représente schématiquement l'installation permettant la réalisation du stratifié selon l'invention, en vue de race. Le figure 4 représente schématiquement l'installation permettant la réalisation du stratifié selon l'invention, en vue de dessus sans bandes passantes. La figure 5 représenta schématiquement le détail des zones de déroulement des trois composants, de première déconformation, de soliderisation des trois composants et de déconformation finale du stra tifié selon l'invention. La figure 6 représente le détail de la solidarisation des composants du stratifié selon l'invention. Suivant une première caractéristique de l'invention, la mousse de polystyrène (50) obtenue par extrusion tubulaire et conditionnée sous forme de bobine selon un procédé connu b st déroulée en bande passante (1). Suivant uns des caractéristiques de l'invention, la feuille de papier imprimable (2) est préalablement enduite sur sa face (2) en regard de la mousse de polystyrène (1), d'une colle polymérique thermofusible notamment 4 base de polydthylène basse densité à faible point de ramollissement de l'ordre de 110 a 1200 C ou de copolymère éthylène acétate de vinyl h point de ramollissement de l'ordre de 70-800 C. L'enduction est compatible avec la mousse de polystyrène, le papier et l'aluminium et est réalisée - chaud par un procédé connu utilisant des rouleaux d'imprimerie encreurs. Après enduction et séchage de la colle, la feuille de papier est conditionnée en bobine prote a être déroulée pour être contre collée. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la feuille d'aluminium (3), barrière totale aux gaz, st aussi enduite sur sa face (3) en regard de la mousse (1) de la même colle polymérique thermofusible que celle citée précédemment et est enroulée en bobine prête au contre collage après enduction et séchage, selon les mêmes procédés que la feuille de papier (2). Toutefois, afin de résister a de fortes tensions et tractions lors du déroulement de la bobine au moment de la mise en oeuvre, la feuille d'aluminium peut etre contre collée avant enduction sur une feuille renforçante en papier. Dans ce cas, la face de la feuille papier en regard de la mousse de polystyrène (1) sera enduite après contre collagetde la colle ther mofusible déjC citée et ce par le même procédez d'imprimerie afin de garder la face extérieure en aluminium. Suivant une autre des caractéristiques de l'invention, l'installation comprend au moins trois cylindres déroulaurs (54) (55) (56) munie de freins internes et d'axe parallèle a ceux des rouleaux chauffants (51) (52) (53) du bâti (57) entraînés en rotation par des moteurs et chauffés par circulation de fluide 3 haute température. Les deux rouleaux chauffants inférieurs (51) (52) forment un plan médian (M) ou s'effectue la solidarisation des différents composants.Le bâti (57) des trois cylindres chauffants (spi) (52) (53) supporte aussi trois cylindres tendeurs (58)(59) (60) en rotation libre qui, conjointement a l'action des freins internes des dérouleurs et des tractions exercées par la rotation des rouleaux chauffants presseurs (51) (52), permettent de tendre chaque bande passante 9 solidariser et d'éviter leur plissement avant le pressage a chaud. L'installation comporte aussi différents rouleaux libres (40) sur lesquels vient glisser le stratifié obtenu (100), différentes rampes de résistances infra-rouge (41) (42) permettant de réchauffer la mousse de polystyrène (1) à différentes étapes de se transformation ceci afin de réduire ses conformations initiales précédemment décrites, d'un banc de tirage (43) équipé de deux cylindres presseurs rotatifs (44) (45) et d'une cisaille massicot automatique (46) dont la fermeture est enclenchée par la rupture du faisceau lumineux entre la cellule phtoélectrique (49) et la bande réfléchissante (30). Enfin, un tapis roulant (31) entraîné par un moteur (32) permet l'évacuation des formats découpés (ion) vers la palette de conditionnement a plat (33). L'invention a également pour objet le produit obtenu grace a l'installation ci-dessus. Ce produit se présents sous forme d'une bande (100) à trois cou ches solidaires, découpée en formats aux dimensions voulues. Le stra tifié inventé peut être utilisé pour toutes applications devant allier isolation thermique, imperméabilité aux gaz, rigidité, légèreté, amortissement des chocs et imprimabilité. A titre d'exemple, on peut noter la fabrication de boîtiers de protection pour produits sensibles aux chocs, aux variations de température et 9 l'humidité de l'air ambiant. Las formats stratifiés fabriqués selon l'invention sont prérainés et prédécoupés selon des procédés connus utilisés pour la transformation des cartons et sont mis en forme par pliage, au moment de l'em- ballrge des produits a protéger. Selon un mode de réalisation préférentielle de l'invention, la mousss de polystyrène (50) est déroulée an bande passante (1) sous l'action des tractions exercdes par la rotation dos rouleaux chauffants (si) (52). La bande (1) est tendue, sans atteindre se rupture, sous l'effet des tensions (d) exercées par le frein du dérouleur (54), le cylindre tendeur (5B)- et la rotation des rouleaux (S1) (52). Le mousse de polystyrène est ensuite réchauffée en surface et b coeur b une température de 60 h 70 C proche de se température de ramollissement.Sur la face externe (1') de la mousse (1) le chauffage est obtenu par rayonnement thermique de résistances infra-rouge (41) et sur la face interne (1") par conduction thermique au contact d'un cylindre chauffant (53) tournant en sens horaire (a). Les températures superficielles des éléments chauffants, c'est A-dire des résistances infra-rouge et du rouleau (53), sont réglées pour fournir les calories correspondant a une température intrinsèque de la mousse de polystyràne de 60 a 700 C, ceci en fonction de la vitesse de défilement linéaire de la bande (1) donc du temps de con- tact avec le cylindre (53) et le rayonnement infra-rouge (41).A titre d'exemple, pour une vitesse de défilement de la bande de 10 m/mn on travaillera avec des éléments chauffants a 70 - 80 C en surface.Si le vitesse de défilement croit, afin notamment d'accélérer les cadences de production, il faudra aussi augmenter les températures de chauffage pour obtenir le même échange calorifique et la même température de la moussa polystyrène. Lors de ce chauffage, la bande de polystyrène (1) est en extension sous l'effet des actions précédemment décrites. La combinaison de la montée en température vers 50 - 700 C et des tensions tend a permettre la relaxation structurale de la mousse et par conséquent a réduire les conformations antérieures dues 9 l'extrusion tubulaire et eu conditionnement en bobine comme décrit antérieurement. La bobine d'aluminium est déroulée et la feuille est tendue selon le système dejå énoncé, a l'aide d'un dérouleur (56) équipé d'un frein interne, d'un tendeur (59) et de la rotation des rouleaux chauffants (51) (52). La face externe non enduite de colle thermofusible de la feuille d'aluminium (3) est déroulée en regard du cylindre chauffant (51) tournant en sens non horaire (b) et est plaquée contre celui-ci. Par conduction thermique à travers l'aluminium et éventuellement a travers le feuille renforçante an papier, l'6nergie calorifique fournie par le rouleau chauffant (51) permet le ramollissement da l'enduction polymérique tharmofusible, placée en regard de la mousse de polystyrène (1). Si la colle thermofusible est à base de polyéthylène, les rouleaux (51) (52) sont chauffés en surface à 120 - 1300 C pour une vitasse de ddfilement des bandes passantes de l'ordre de 10 m/mn. Ces températures sont obtenues par circulation interne d'eau en surpression ou d'huile spéciale et doivent Otre réglées en fonction de la vitasse de passage des éléments a solidariser, comme il l'a été précisé lors de la description de la première relaxation de la bande de mousse de polystyrène (1). La bobine de papier est elle aussi déroulés et tendue, selon le procédé déjé énoncé antérieurement, é l'aide du dérouleur (55) muni d'un frein interne, du tendeur (60) et ds la rotation des rouleaux (si) (52). La face externe non enduite de colle de la feuille de papier (2) est déroulée en regard du rouleau chauffant (52) tournant an sens horaire (a). Par conduction thermique a travers l'épaisseur de papier, l'énergie calorifique fournit par le rouleau (52) permet le ramollissement de l'enduction polymérique tharmofusibla déposée préalablement sur la face (2') en regard de la mousse de polystyrène (1). Entraînés par la rotation des rouleaux chauffants (51) (52), les trois éléments en bande (1) (2) (3) sont solidarisés en un seul produit (100) par pressage a chaud au niveau du plan médian de solidarisation (M). L'écartement (C) entre les rouleaux chauffants (si) (52) au niveau du plan médian (M) est réglé de façon h être légèrement in férieur a la somme totale des épaisseurs des couches a solidariser, ceci afin d'exercer sur les matériaux passants une légère pression de contact de l'ordre de 0,5 a 1 MPa et de permettre l'assemblage des com- pesants par pressage a chaud. Après solidarisation, la feuille stratifiée (100) est tirée et endue sous l'effet de la traction exercée par les rouleaux (44) (45) d banc de tirage (43)tournant en sens inverse. La vitesse de rota ti des cylindres de traction (44) (45) est légèrement supérieure a celle des rouleaux chauffants (51) (52) de manière b assurer une ten sinon (D) de la feuille stratifiée (1duo) sans atteindre la rupture d'une des couches. Sous le rayonnement thermique de plusieurs rampes de résistances infra-rouge (42) la feuille stratifiée est réchauffée vers 60 - 700 C. Comme expliqué antérieurement, la feuilla de mousse de polystyrène (100) est maintenant entièrement déconformée par relaxation moléculai- re en température et sous tension. Après refroidissement avant le banc de tirage (43) la feuille (100) est plane et touts trace de conformations antérieures a disparu. Le stratifié (100) obtenu, tracté par les rouleaux du banc de tirage (43), est introduit entre les couteaux supérieurs (47) et infss- rieurs (48) de la cisaille automatique (46). Lorsque l'extrémité aval du stratifié (100) interrompt le faisceau lumineux entre la cellule pheteélactrique (49) solidaire du bâti de la cisaille (46) et la bande réfléchissante (30) solidaire du tapis roulant (31), le couteau supérieur mobile (47) de la cisaille se referme rapidement sur le couteau inférieur fixe (48), tranchant ainsi la feuille stratifiée a trois couches (100) sur toute sa largeur et toute son épaisseur. Immédiatement après cette découpe le couteau supérieur (47) revient rapidement an position initiale "ouvert", le défilement du stratifié n'est pas interrompu et se poursuit indéfiniment.Le format plan découpé (101) est entraîné par le tapis roulant (31) vers une palette de conditionnement a plot où tous les formats découpés s'empilent automatiquement et lorsque le nouvel aval du stratifié (100) interrqmpt le faisceau prss- cité, une nouvelle découpe rapide est effectuée. Le procédé de fabrication inventé est donc continu. Les dimensions des formats stratifiés sont réglables. Dans le sens du défilement, sens longitudinal, la longueur obtenue dépend de la distance entre le plan de découpe (P) de la cisaille (46) et la cellule (49). Cet écartement est réglable par translation de la cellule photnélectriqua (49) guidée oar deux glissières (34) (35) solidaires du bâti de la cisaille (46). Dans le sens perpendiculaire au défilement, sens transversal, 'a largeur dépend des laizes des trois composants solidarisa mais il est possible de faire varier cette largeur par une découpe longitudinale réalisée par un couteau fin '36). Ce couteau de position réglable, coulisse transversalement sur une rampe (37! solidaire du bâti (57) de la calandre et perpendiculaire au sens du défilement du stratifié obtenu (10D). La position transversale de ce couteau dépend des largeurs souhaitées. L'invention décrite permet d'obtenir des formats stratifiés h trois couches, plans, aux dimensions voulues, isolant thermique, imperméable aux gaz, rigide, léger, résistant aux chocs et impri mabre REVENDICATIONS i) Produit stratifié å au moins trois couches, sous forme de formats plsns découpés, caractérisé en ce qu'il est obtenu par pressage 9 chaud d'une feuille en mousse de polystyrène (1) entre au moins une feuille fibreuse (2) et au moins une feuille métallique (3) imperméable aux gaz. 2) Produit stratifié selon la revendication 1, caractérisé en ce que la feuille de mousse de polystyrène 3) Produit stratifié selon la revendication 1, caractérisé en ce que la feuille fibreuse (2) est en papier éventuellement imprimable d'un grammage surfacique de l'ordre de 30 g/m2 a 150 g/m2, conditionnée sous forme de bobine et déroulée en bande passante. 4) Produit stratifié selon la revendication 1, caractérisé en ce que la feuille métallique (3) imperméable aux gaz est une feuille d'aluminium d'une épaisseur de l'ordre de 7 microns à 12 microns, éventuellement collée au préalable sur une feuille renfor çante en papier afin de résister à des sollicitations en traction et de faciliter l'enduction d'une colle, conditionnée sous forme de bobine et déroulée en bande passante. 5) Produit stratifié selon les revendications précédentes caractérisé en ce que la feuille fibreuse (2) et la feuille metal- lique (3) sont enduites, avant utilisation,sur leur face en regard de la mousse de polystyrène (1), d'une colle polymérique thermo ou fusible notamment a base de polythylène basse densité/de copolymère éthylène acétate de vinyl. 6) Produit stratifié selon la revendication 5, caractérisé en ce que la colle pelymérique thermofusible est enduite a l'état fondu sur les feuilles (2) et (3) gréce 3 un procédé connu neces- sitant l'emploi de rouleaux d'imprimerie encreurs. 7) Procédé de fabrication d'un produit stratifié selon la revendication 1, caractérisb en ce que la solidarisation des composants est obtenus par pressage à chaud entre deux rouleaux chauffants rotatifs. 8) Procédé de fabrication d'un produit stratifié selon la revendication 5 caractérisé en ce que les enductions thermofusibles de la feuille fibreuse (2) et de la feuille metallique (3) sont par conduction portées à leur température de ramollissement# au contact respectivement des rouleaux chauffants rotatifs (52) et (51), et cela avant la solidarisation des composants du stratifié. 9) Procédé de fabrication d'un produit stratifié selon les revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il permet d'obtenir un stratifié plan au moyen de différentes opérations de réchauffage en tension de la mousse de polystyrène (1) avant et après stratifi- cation, afin de supprimer les conformations originelles de celle-ci. 10) Installation permettant de réaliser le stratifié inventé selon les revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle se compose - d'un ensemble de cylindre dérouleurs (54) (55)(56) (ss > - d'un ensemble de cylindres chauffants (51) (52) (53) dont deux tournent en sens horaire (52) (53) et un en sens non horaire (51) les deux rouleaux inférieurs (51) (52) ayant plusieurs rôles dont la traction des composants à solidariser, la formation d'un plan médian de solidarisation () par pressage à chaud, et le chauffage des enductions de colle thermofusible déposée sur la face en regard de la mousse de polystyrène (i) de la feuille fibreuse (2) et de la feuille métallique (3). - dléquipements infra-rouges permettant le réchauffege de la mousse de polystyrène (1). - d'un banc de traction (43) équipé de cylindres presseurs rotatifs (44) et (45) permettant de tirer et de tendre le stratifié solidarisé (100) - d'appareils de découpes (36) et (46) permettant la mise au format voulu du stratifié obtenu (100) - d'appareils de réglage (30) (34) (35) (37) (49) des dimensiens des formats stratifiée obtenus (101) - d'un ensemble de convoyage (31) et de conditionnement des formats stratifiés obtenus (loi).