Brevet FR2590202A1 — publié le 19870522

Procédé et dispositif pour le soudage en continu, de sur- faces de feuilles, de plaques, de barres et/ou de tubes en matière synthétique thermoplastique ". La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour souder en continu, à plat, des feuilles, des plaques, des barres et/ou des tubes en des matières synthétiques thermoplastiques selon lesquels on fait tout d'abord fondre par élévation de température, la surface superficielle de la matière synthétique à souder, puis on comprime. Un procédé connu utilisé exclusive- ment dans le marouflage de produits textiles sur des feuilles en mousse consiste à maroufler à la flamme. Selon ce procédé, on fait passer la feuille de matière synthé- tique sur un cylindre relativement important, refroidi, recouvert de la feuille de mousse sur au moins un tiers de la surface-enveloppe du cylindre, ce que l'on réalise à l'aide de deux cylindres de guidage. Entre les deux cylin- dres de guidage, il se produit la fusion de l'une des faces de la feuille de matière synthétique à l'aide de flammes de gaz. La matière textile passe alors sur un second cylindre de guidage et se fixe sur la surface de la feuille de mousse sous l'effet de la pression exercée par le second cylindre de guidage et qui pousse contre le grand cylindre refroidi. L'inconvénient de ce procédé est non seulement une perte d'épaisseur par affaissement lors de la fusion des cellules se trouvant au niveau de la surface, phénomène quedu reste,on ne peut éviter complètement lorsqu'on réunit des mousses par soudage, mais il y a également une perte d'épaisseur par brûlage. Selon un autre procédé connu dit "soudage par éléments chauffants", on a des dispositifs de chauffage, métalliques, chauffés qui sont en contact direct avec les surfaces de jonction et assurent ainsi un transfert calorifique de bonne qualité correspondant des matières synthétiques jusqu'à ce qu'elles puissent se déformer à l'état plastique. Une fois cette température atteinte, on enlève les éléments chauffants de l'inter- valle et on réunit les parties de jonction en exerçant une pression. Le procédé ne demande que de courtes caden- ces et convient pour réunir à la fois des profils massifs et des tubesmais présente l'inconvénient de ne pas bien convenir pour un travail en continu. De ce fait, il existe de-nombreuses tentatives pour réaliser les éléments chauffants de sou- dage de manière à permettre un travail en continu par contact direct avec l'élément chauffant. Selon un tel procédé qui peut,par exemple,s'utiliser pour le polyéthy- lène réticulé, on met en contact la surface superficielle de la matière synthétique à souder et les cylindres très chauds, ce qui donne une fusion régulière de la surface superficielle à souder sans entraîner de perte d'épais- seur par brûlage comme cela est le cas dans le procédé de marouflage à la flamme exposé ci-dessus. Lorsque les surfaces superficielles à souder ont commencé à fondre, on les comprime ou les presse l'une contre l'autre, ce qui donne une soudure permanente. Dans de nombreuses matières synthétiques thermoplastiques commepar exemple du poly- éthylène non réticulé, on a toutefois l'inconvénient que> plus ou moins rapidement>des restes de matières synthé- tiques restent accrochés au cylindre à poli très poussé et s'y collent, ce qui ne permet plus de travail propre, ni la réalisation d'une soudure correcte abstraction - faite de ce que très rapidement l'état du cylindre peut être tel que cela interdit toute poursuite du procédé. La présente invention a pour but de créer un procédé et un dispositif permettant de travailler en continu sans brûlage pour souder même des matières syn- thétiques thermoplastiques qui tendent facilement à l'en- crassage, ce qui est particulièrement important pour des mousses synthétiques pour lesquelles le risque d'accrocha- ge accidentel de résidus de matière synthétique sur le cylindre est un risque particulièrement grand. Ce problème est résolu selon l'inven- tion par un procédé caractérisé en ce que l'on fait passer la surface superficielle de la matière synthétique chauf- fée jusqu'à la fusion sur un dispositif d'écartement à une certaine distance autour du conducteur chauffant à chauffa- ge électrique servant de source de chaleur de manière que la surface superficielle de la matière synthétique à souder ainsi que le dispositif d'écartement forment un canal chauffant qui entoure la source de chaleur et dont l'entrée et la sortie peuvent, le cas échéant être fermées; l'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, ce dispositif étant caractérisé par au moins une source de chaleur à chauffage électrique avec un dispositif d'écartement prévu respectivement en avant de cette source de chaleur ainsi qu'un dispositif pour comprimer les surfaces superficielles dont la fusion a commence. Les feuilles, plaques, barres et/ou tubes à souder selon la présente invention peuvent être en importe quelle matière synthétique thermoplastique. De manière préférentielle, le procédé selon l'invention s'applique à des matières synthétiques thermoplastiques qui ne collent que de manière non satisfaisante à l'aide de colle ou selon le procédé de soudage par gonflement, c'est-à-dire,par exemple,les polyoléfines telles que le polyéthylène en particulier le polyéthyiène non réticulé du groupe des polyéthylènes basse densité. Il est à remar- quer ici que l'on ne peut souder le polyéthylène en uti- lisant une technique haute fréquence à cause de son coef- ficient de perte diélectrique réduit (0,0005). Le procédé selon l'invention est particulièrement intéressant pour souder des feuilles, des plaques, des barres et/ou des tubes qui sont réalisés dans des matières synthétiques thermoplastiques ci-dessus, en particulier le polyéthylène,et existent sous la forme de mousses et ont, de préférence, une densité qui, rapportée à la mousse est inférieure à 50 kg/m3 et notamment infé- rieure à 20 kg/m3. Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention se compose principalement, comme déjà indiqué précédemment, d'une source de chaleur d'un dispositif d'écartement prévu devant cette source et d'une installation prévue derrière la source de chaleur pour comprimer les surfaces superficielles dont la fusion a commencé. La source de chaleur estde préférence consti- tuée par un conducteur chauffant à chauffage électrique notamment sous la forme d'un fil ou d'une bande métallique. De manière préférentielle, le fil ou la bande métallique est en un alliage chrome-nickel, un alliage chrome-nickel- aluminium ou un alliage fer-chrome-nickeI. Il est clair que d'autres métaux ou d'alliages de métaux ou encore des conducteurs chauffants non métalliques tels que par exemple, les conducteurs chauffants à carbure de silicium peuvent s'utiliser dans la mesure o ces moyens s'utili- sent habituellement dans les dispositifs de chauffage par résistance. La température à laquelle est chauffé le conducteur chauffant varie dans une plage étendue comprise, par exemple,entre 600 et 12000C et dépend de la matière à souder et de la vitesse de passage des surfaces de matière synthétique à souder devant le conducteur chauf- fant. Pour des vitesses de passage élevées et/ou des matières synthétiques thermoplastiques à température de fusion élevée, il peut être avantageux, voire nécessaire de prévoir deux ou plusieurs conducteurs chauffants les uns à la suite des autres dans la direction de déplacement des surfaces de matière synthétique à souder. Pour éviter le fléchissement des conducteurs chauffants et ainsi un rayonnement calorifique irrégulier, il est préférable, selon l'invention, que les conducteurs chauffants, notamment lorsque ceux-ci se présentent sous la forme de fils ou de rubans métalliques, soient tendus à l'aide d'un dispositif tendeur c'est-à-dire même à l'état chaud. Le dispositif- tendeur qui constituede préférence,en même temps, le moyen d'alimentation en courant utilise avantageusement la force élastique d'un ressort de compression ou de traction. Selon un mode de réalisation préférentiel, l'alimentation en courant électrique peut être commandée ou réglée à l'aide d'un thermo-élément placé au voisinage du conducteur chauffant. Pour former un canal chauffant et faire passer les surfaces superficielles de matière synthétique à souder, à une certaine distance devant le conducteur chauffant sans contact avec celui-ci, il est prévu un dispositif d'écartement légèrement en avant du conducteur chauffant. Ce dispositif d'écartement est)de préférence, réalisé en forme de coin et est monté de manière que l'arête de coupe du coin soit tournée vers la matière qui arrive et que le dos du coin soit tourné vers le conduc- teur chauffant. La longueur du coin et du conducteur chauffant dépend de la largeur des surfaces à souder. L'arête de coupe du coin est de préférence légèrement arrondie pour ne pas endommager la matière qui arrive. Le dos du coin est de préférence de forme convexe et est également arrondi au niveau-de ses arêtes longitudinales pour éviter d'endommager la matière. Il est clair que l'arrière du coin peut également être de forme concave mais,dans ce cas,les arêtes latérales sont de préférence également arrondies. Comme ce coin d'écartement constitue en même temps un écran thermique, il peut être avantageux de munir le coin d'écartement d'un ou plusieurs perçages ou passages dans sa direction lontitudinale pour faire passer un fluide de refroidissement dans le coin d'écar- tement dans le cas o l'on risquerait une élévation de température trop intense du coin d'écartement pour un fonctionnement prolongé. Pour des applications particu- lières, par exemple si l'on veut un canal de chauffage fermé pratiquement de tous les côtés, on peut prolonger les deux surfaces latérales du coin d'écartement et cela de manière que le prolongement des surfaces soit symétri- que suivant une symétrie plane pour les surfaces latéra- les du coin. Pour réduire le frottement, les mâchoires de l'organe en forme de coin sontjde préférence, d'un poli de superfinition. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le dispositif d'écartement peut également être constitué par une paire de cylindres, le diamètre des cylindres et la longueur des cylindres étant adaptés de manière appropriée aux conditions correspondantes. Des paires de cylindres d'écartement sont utilisées de façon particulièrement avantageuse selon la présente invention si l'on veut souder par exemple des plaques de mousse relativement épaisses et larges,par exemple des plaques d'une épaisseur de 8 ou 16 cm et d'une largeur d'un mètre ou plus ou encore pour maroufler des feuilles de mousse larges, par exemple sans fin sur des feuilles de décora- tion homogènes, correspondantes, de manière que le frotte- ment sur le dispositif d'écartement soit aussi faible que possible. Egalement,lorsqu'on utilise des paires de cylin- dres d'écartement qui tournent de préférence dans des paliers à bille, il est souhaitable de les refroidir. Dans de tels cas, au moins l'un des deux cylindres est creux et est réalisé de façon à permettre le passage d'un fluide de refroidissement. Comme les cylindres d'écartement sont, de préférence sans contact, pour former le canal chauffant fermé sur le grand côté, il peut être avantageux que les cylindres soient revêtus d'une enveloppe de matière synthé- tique élastique, cette enveloppe étant relativement- mince. A la place du coin d'écartement ou de la paire de cylindres d'écartement qui sont tous deux uti- lisés en particulier de manière préférentielle pour souder des feuilles, des plaques, des barres et/ou des tubes en mousse élastique, il est évident que pour souder des pla- ques, des barres ou des tubes en matière thermoplastique homogène, on peut utiliser une simple plaque métallique ou céramique arrondie sur les grands côtés ou encore un tube dimensionné de façon appropriée et constituant le dispositif d'écartement; toutefois, les surfaces de con- tact doivent être polies en qualité de superfinition. A l'aide du dispositif d'écartement, il est ainsi possible de faire passer les surfaces de matière synthétique à souder, à une certaine distance de la source de chaleur et de faire fondre la surface super- ficielle de la matière synthétique. Peu après le passage devant les surfaces superficielles fondues, on comprime les surfaces superficielles fondues à l'aide de dispositifs appropries par exemple des cylindres de pression. L'opéra- tion de soudage est terminée après le refroidissement. Selon un mode de réalisation préfé- rentiel particulièrement intéressant de l'invention, on a au moins deux plaques et,de préférenceun grand nombre de plaques, superposées de façon que suivant l'épaisseur souhaitée pour le produit final, on puisse réunir par sou- dage, simultanément par exemple 2, 3, 6 ou 10 plaques de mousse. Il est ainsi possiblede manière simple de réunir par soudage des plaques de mousse relativement minces à densité très faible et que l'on ne pouvait fabriquer jusqu'à présent en continu que jusqu'à une épaisseur maximale de 8 cm, de manière à fabriquer des plaques de n'importe quelle épaisseur. De manière correspondante, la pré- sente invention permet de souder, par exemple des tubes en mousse en polyéthylène basse densité ayant une densité inférieure à 50 kg/m3 pour former des plaques de largeur quelconque, la largeur des surfaces tubulaires que l'on réunit par soudage pouvant &tre modifiée par une compres- sion correspondante des tubes en mousse par exemple par des intervalles des dispositifs de soudage selon l'inven- tion, Juxtaposés, le dimensionnement des dispositifs d'écartement et les intervalles des cylindres de compres- sion qui peuvent exister en aval de la source de chaleur. Comme les dispositifs de soudage selon l'invention peuvent être non seulement juxtaposés, mais également être super- posés, un tel dispositif de soudage en grille permet de souder simultanément les tubes en mousse, juxtaposés et superposés, ce qui donne un bloc de tubes en mousse. Le procédé selon l'invention peut également s'utiliser avantageusement pour la fabrication de feuilles composées. De manière particulièrement élé- gante, on peut ainsi réunir des feuilles de polyéthylène à d'autres feuilles pour améliorerde cette manière, la perméabilité particulièrement gênante des feuilles de polyéthylène vis-à-vis des arômes, des gaz et des corps gras. De la même manière, on peut maroufler des produits textiles sur une ou deux faces de feuilles de mousse de polyéthylène. De plus,selon la présente invention, par un travail en continu par exemple dans une installa- tion à double bande dans laquelle est intégré le dispositif de soudage selon l'invention, on peut fabriquer des élé- ments-sandwichs ayant un noyau de mousse de polyéthylène qui est par ailleurs difficile à coller (si toutefois le collage est possible) et des couches de recouvrement métalliques ou autres, et auxquelles le polyéthylène fondu s'accroche solidement. La présente invention sera explicitée ci-après à l'aide des figures 1 à 8 sans être limitée à cette description: - la figure 1 est une coupe longitu- dinale verticale de dispositifs de soudage pour réunir des plaques de mousse dans une installation à double bande. - la figure 2 est une coupe verticale d'une installation en grille selon l'invention comportant trois dispositifs de soudage, en coupe suivant la ligne C-D de la figure 3 pour souder des tubes en mousse, jux- taposés. - la figure 3 montre une coupe longi- tudinale horizontale suivant la ligne de coupe A-B de la figure 2. - la figure 4 est une coupe verticale d'un montage en grille selon l'invention comportant un dispositif de soudage horizontal et trois dispositifs de soudage verticaux pour le soudage simultané de barres en mousse, juxtaposées et superposées. - la figure 5 est une vue en perspec- tive schématique de la structure en forme de coin, préfé- rentielle du dispositif d'écartement et du conducteur chauffant électrique prévu au-dessus de celui-ci, conduc- teur en forme de bande métallique. - la figure 6 est une vue en perspec- tive schématique d'un mode de réalisation du dispositif de soudage selon l'invention pour souder des feuilles homogènes. -, - la figure 7 est une vue en pers- pective schématique d'un mode de réalisation du dispositif de soudage selon l'invention pour souder des feuilles de mousse avec un dispositif d'écartement en forme de coin. - la figure 8 est une vue en pers- pective schématique d'un mode de réalisation du dispositif de soudage selon l'invention pour réunir par soudage des feuilles de mousse avec des cylindres d'écartement. Comme déjà indiqué, la figure 8 est un détail d'une coupe longitudinale verticale d'une ins- tallation à double bande comportant une bande de convoyeur 4, supérieure passant sur les rouleaux 3 et une bande de convoyeur 6, inférieure passant sur les rouleaux 5. Entre la bande supérieure 4 et la bande inférieure 6, on a qua- tre plaques de mousse 7a, 7b, 7c et 7d à souder, plaques qui, après passage sur le dispositif d'écartement 2 en forme de coin et le conducteur chauffant 1, électrique; sont soudées pour former une plaque de mousse 7. La flèche 8 montre la direction de déplacement. Suivant l'épaisseur voulue des plaques à souder, on peut superposer également d'autres dispositifs de soudage selon l'invention. Il est clair qu'il est également possible de concevoir l'instal- lation de manière à n'avoir qu'un seul dispositif de sou- dage et de ne réunir par soudage que deux plaques de départ pour former une plaque plus épaisse. Par une réali- sation appropriée de l'installation, on peut également souder des plaques de mousse d'épaisseurs différentes. L'installation à double bande de convoyeur peut être ou- verte sur les côtés ou être fermée par deux autres bandes de convoyeur passant également sur des rouleaux. Les ban- des latérales, complémentaires sont prévues pour éviter que la mousse ne s'échappe sur le côté et pour permettre d'augmenter la pression exercée sur les surfaces superfi- cielles dont la fusion a commencé. Normalement, c'est-à- dire sans les bandes latérales de convoyeur, peu après l'introduction dans l'installation à double bande, les plaques de mousse sont à une telle pression que sous l'effet de leur souplesse après passage sur les disposi- tifs de soudage, leur propre extension les comprime suf- fisamment fortement. La réunion par soudage de tubes en mousse se fait,de préférence>selon le procédé représenté aux figures 2 à 4. Le châssis 9 (voir figures 2 et 4),par exemple est réalisé en tube, on a en disposition verticale (voir figure 2) et de plus en disposition horizontale (figure 4) les dispositifs d'écartement 2 en forme de coins dont les figures 2 et 4 montrent les arêtes. Au milieu, derrière les dispositifs d'écartement en forme de coins, se trouvent les conducteurs chauffants 1, correspondants (voir figures 3 et 5) qui sont maintenus tendus par les dispositifs-tendeurs à ressort non représentés. L'inter- valle entre les dispositifs d'écartement en forme de coins et les barres de limitation latérales 10 dont l'in- tervalle diminue légèrement dans la direction de transfert est choisi de préférence pour que les tubes en mousse après passage des dispositifs de soudage soient soudés les uns aux autres suivant de grandes surfaces. Pour exercer une pression complémentaire sur les surfaces superficielles des tubes dont la fusion a commencé, on a, de préférence à faible distance derrière les dispositifs de soudage et sensiblement dans la direction transversale c'est-à-dire perpendiculairement à la direction de transfert, une paire de cylindres dont les cylindres sont écartés et entre les- quels passent les tubes de mousse. Comme également représenté à la figure 2, on peut juxtaposer un grand nombre de disposi- tifs de soudage de manière à pouvoir réunir par soudage, sans difficulté, simultanément jusqu'à vingt tubes en mousse pour former une plaque. La même remarque s'appli- que à la réalisation en forme de "grille" représentée à L2 la figure 4 qui permet de souder de manière juxtaposée et superposée un grand nombre de tubes pour former un bloc à quatre arêtes. Sur un plan pratique, il peut toute- fois être avantageux que l'on soude tout d'abord, simulta- nément selon le procédé représenté à la figure 2, dix ou vingt tubes de mousse, puis que l'on réunit les plaques ainsi réalisées et cela eomme cela est représenté à la figure 4 mais sans les dispositifs de soudage prévus ver- ticalement ou encore en utilisant l'installation à double bande décrite précédemment. A l'aide des dispositifs représentés aux figures 6, 7 et 8, il est possible de réaliser de manière simple des feuilles composées formées soit de deux feuilles homogènes, différentes, soit d'une feuille de mousse et d'une feuille homogène ou d'un tissu. I1 est clair que ces dispositifs permettent également de réunir par soudage deux feuilles de mousse. Le cas échéant, on peut également monter l'une derrière l'autre deux telles installations par exemple pour maroufler les deux faces d'une feuille de mousse. La figure 8 montre comment rempla- cer,par exemple>le dispositif d'écartement en forme de coin par une paire de cylindres en mouvement. D'autres modes de réalisation de l'objet de l'invention découlent pour le spécialiste de manière évidente des explications données ci-dessus. Le procédé et le dispositif de soudage selon l'invention con- viennenten particulier, pour souder des feuilles, des pla- ques, des barres et/ou des tubes en mousse notamment en polyéthylène. R E V E ND I C A T I 0 N S ) Procédé de soudage en surface, en continu>de feuilles, de plaques, de barres et/ou de tubes en matière synthétique thermoplastique, procédé selon lequel on fait tout d'abord fondre la surface super- ficielle de la matière synthétique à souder, puis on com- prime les surfaces l'une contre l'autre, procédé caracté- risé en ce que l'on fait passer les surfaces superficiel- les en matière synthétique à réchauffer jusqu'à la fusion par-dessus un dispositif d'écartement à une certaine dis- tance autour de la source de chaleur, constituée par un conducteur chauffant électrique, en ce que les surfaces superficielles de matière synthétique à souder forment avec le dispositif d'écartement un canal chauf- fant qui entoure la source de chaleur et qui peutle cas échéant;être fermé à chacune de ses extrémités. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les feuilles, plaques, barres et/ou tubes à souder sont en une polyoléfine;de préférence du polyéthylène et notamment du polyéthylène non réticulé. 3 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les feuilles, plaques, barres et/ou tubes à souder sont en polyéthylène basse densité, expansé, élastique de préfé- rence un poiyéthylène dont la densité est inférieure à kg/m. 4 ) Dispositif de soudage pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une source de chaleur (1) susceptible d'être chauffée électriquement avec chaque fois en amont un dispositif d'écartement (2) et en aval un dispositif pour comprimer les surfaces superficielles dont la fusion a commence. ) Dispositif de soudage selon la revendication 4, caractérisé en ce que la source de cha- 1.4 leur (1) susceptible d'être chauffée électriquement est un conducteur chauffant en forme de fil ou de bande métal- lique de préférence en alliage chrome-nickel, chrome- nickel-aluminium ou fer-chrome-nickel. 6 ) Dispositif de soudage selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que les fils ou rubans métalliques à chauffage électrique sont toujours maintenus à l'état tendu par un dispositif de tension même à l'état chauffé. 7 ) Dispositif de soudage selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le dispositif d'écartement (2) est réalisé comme écran thermique en forme de coin. 8 ) Dispositif de soudage selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'écran thermique en forme de coin présente, dans la direction longitudinale un ou plusieurs passages pour un fluide de refroidisse- ment, de préférence des passages constitués par un ou plu- sieurs perçages. 9 ) Dispositif de soudage selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le dispositif d'écartement est constitué par une paire de cylindres, les cylindres étant de préférence, montés sur des paliers à bille et entourés d'une enveloppe en matière synthétique élastique. ) Dispositif de soudage selon la revendication 9, caractérisé en ce que les cylindres sont des cylindres creux traverses par un fluide de refroidis- sement.