Brevet FR2623439A1 — publié le 19890526

La présente invention concerne un procédé de fabri cation de tube en carton à roulage parallèle ou spiralé procurant des produits à haute résistance mécanique, hydro fuge et hydrophobe. ainsi que les produits obtenus par ledit procédé. On connait bien la fabrication traditionnelle des tubes en carton, parallèles ou spiralés, qui consiste à encoller des feuilles ou des bandes de papier ou de carton par de classiques systèmes encolleurs tels que rouleaux transferts, immersion, raclage. cascade raclage, brosses ou autres dispositifs similaires ; les feuilles ou bandes ainsi encollées sont ensuite enroulées sur elles-mêmes ou en spirale, sur des mandrins déterminant le diamètre interne du tube final et ce, en passes successives et suffisantes pour définir l'épaisseur du tube et. par là, sa rigidité et sa tenue mécanique à divers agents extérieurs dépendant de l'utilisation finale du tube. Les colles utilisées dans de telles fabrications sont très généralement des silicates, ou des colles vyniliques, des dextrines ou encore des caséines Chacune de ces colles possède des caractéristiques propres donnant au produit final soit une résistance mécanique soit un caractère hydrofuge ou hydrophobe. On a donc recherché un nouveau procédé de fabrication de tube en carton réalisé suivant enroulage parallèle ou spiralé de feuilles ou bandes en papier ou en carton préalablement encollées, caractérisé en ce qu'on utilise une colle synthétique du type urée formol, mélamine formol, phénolique ou similaire comportant un durcisseur, et procurant au tube, après polymérisation naturelle ou accélérée par chauffage, des qualités remarquables de résistance mécanique, de résistance aux agressions humides, et de résistance au feu. De nombreux essais en laboratoire ont montré que l'utilisation de colle synthétique polymérisable dans la fabrication des tubes en carton ne posait pas plus de problèmes à cette industrie que ceux que l'on rencontre de manière bien connue dans l'industrie du bois et notamment dans la fabrication des contreplaqués ou encore des lamellés-collés ; au contraire, et à l'instar de telles fabrications, on obtient avec le carton des caractéristiques compa- rables en ce qu'il est possible de multiplier è l'infini le nombre de couches superposées, conférant au produit final une bonne isométrie. On notera bien par ailleurs tous les avantages du procédé qui permet d'obtenir des couches de papier. et des couches de colles polymérisées durcies, en d'innombrables combinaisons ne dépendant que des caractéristiques finales recherchées pour le produit ; on peut en effet "jouer" à l'infini, pour une même épaisseur de tube, entre 1 épaisseur des feuilles ou bandes de carton et l'épaisseur du film de colle déposé entre chaque feuille ou bande : de cette manière, on peut obtenir des. tubes à forte proportion de résine, sans toutefois concurrencer les tubes PVC classiques, tout en conservant, grâce à la charge due au papier, un gain économique important avec néanmoins la possibilité d'usinage de ces tubes avec des outils coupants comme pour le bois, les métaux ou les matières plastiques, ou avec des machines telles que tour. fraiseuse, rectifieuse, scie, raboteuse, etc.On peut aussi réaliser des tubes à forte proportion de carton destinés à des usages requérant de moindres exigences dans les caractéristiques mécaniques dans ce cas, néanmoins, le procédé reste encore avantageux, puisqu'à mêmes caractéristiques finales, l'épais.seur du tube ainsi réalisé est plus faible que l'épaisseur du tube conventionnel ; en effet, les colles polymérisables procurent une dureté nettement supérieure aux colles papier traditionnelles, d'où une réduction des épaisseurs, entrainant en outre une réduction des coûts de fabrication. I1 est évident que l'on peut réaliser bien d'autres combinaisons, entre la colle résine et le papier. En agissant, par exemple, sur le nombre de tours ou de bandes de papier. on augmente le nombre des couches de colle, donc le nombre de ceintures rigides alternant avec le papier qui définit en fait les capacités de résistance mécanique et de résistance à l'humidité. Une caractéristique avantageuse du procédé est d'effectuer, en combinaison avec la colle synthétique et son catalyseur, un apport d'amidon pour modifier la viscosité de la colle synthétique, en maintenant l'urée formol, par exemp-le, en suspension dans le mélange. On peut, de cette manière, modifier le taux de pénétration de la résine dans les bandes de papier ou de carton au moment de l'encollage en jouant sur la viscosité de la colle. Il est, par ailleurs, particulièrement avantageux d'ajouter au mélange de colle, en de faibles proportions, des copolymères de chlorure de vinylidène, dits PVDC, qui constituent, de manière connue, une barrière à l'air, à l'eau et aux corps gras, huiles ou graisses. On décrira ci-après plusieurs variantes du procédé, données à titre d'exemples non limitatifs de mise en oeuvre de l'invention. Une première variante selon l'invention concerne la fabrication de tubes en carton à roulage parallèle l'exécution ainsi que le matériel utilisé sont en tous points comparables avec les dispositifs connus dans ce type de fabrication comprenant essentiellement un poste d'alimentation de bandes de papier ou carton défilant à vitesse variable jusqu'à 100 mètres par minute sous un poste d'encollage d'un type tout à fait courant, qu'il s'agisse de rouleaux transferts, de cascade raclage, de brosses ou d'immersion. Les bandes ainsi encollées viennent enfin s'enrouler sur des mandrins définissant le diamètre interne des tubes, suivant un nombre de couches dépendant de l'épaisseur finale souhaitée. Tous les dispositifs habituels d'entraînement, de coupe, de calibrage, de calandrage ou de pression sont en outre conservés dans la fabrication des tubes suivant l'invention. La colle utilisée dans cette variante est du type urée formol en poudre délayée classiquement dans de l'eau à raison de 2 poids de poudre pour un poids d'eau. On incorpore en pot" le durcisseur et on sait que la polymérisation s'effectue en des temps très variables en fonction de la température conformément au tableau Température 20 30 50 70 90 100 110 résine (oÇ) Durée de vie 6H30 2H30 14' 2' 45" 30" 25" "an pot" I1 ressort bien que, sous réserve de travailler à basse température (10 à 20''), la polymérisation des tubes s'effectue naturellement à température ambiante, et il est toutefois nécessaire d'obtenir un bon collage de couches successives de papier ou de carton pour le maintien du tube dans sa phase de polymérisation.Pour ce faire, on ajoute à la résine de l'amidon à raison de 5 à 10% en poids du mélange fini. Cet apport est essentiel, car il participe au collage des couches successives. Ceci procure au tube final. de façon inattendue, une succession de couches dures de résine polymérisée, s'intercalant entre les couches successives de papier ou de carton. I1 est bien clair que l'on peut accélérer le processus de polymérisation des couches de résine en passant les produits finis au four. Une autre variante de fabrication consiste à effectuer un chauffage des feuilles de papier ou de carton pendant leur défilement juste après le dispositif d'apport de la résine, par ailleurs préparée comme il a été dit dans la variante précédente. Dans ce cas, il est essentiel de bien coupler la vitesse de défilement des bandes de papier ou carton avec la température de réchauffage des bandes de façon que les temps de roulage soient inférieurs au temps de polymérisation ; naturellement, les tubes ainsi formés sont directement utilisables et on fait ainsi l'économie de manipulations et reprises diverses comme dans le cas précédent. On notera qu'ici encore, l'apport d'amidon dans la résine agit sur la viscosité du mélange résine-durcisseur. Une variante secondaire du procédé qui vient d'être décrit, consiste à éviter le mélange en pot de la résine avec son durcisseur déterminant de façon irréversible le phénomène de polymérisation ; on remplace ici le dispositif d'encollage unique des variantes précédentes par deux dispositifs du même type apportant, d'une part, la résine sur l'une des faces des bandes de papier ou carton et, d'autre part, le durcisseur correctement dosé sur l'autre face de telle façon que, dans le roulage du tube sur les madrins, les deux faces soient en contact. On obtient une polymérisation quasi immédiate au contact des faces, ce qui ajoute à la fiabilité de construction des tubes en carton. Dans toutes ces variantes, on obtient ainsi des tubes renforcés dans la mesure où l'on alterne des couches de papier ou carton avec des couches de résine dure qui constituent de véritables ceintures pour le tube ; celui-ci présente alors des caractéristiques mécaniques surprenantes, permettant de diminuer considérablement les épaisseurs, donc le poids, pour des résistances analogues ; ceci est particulièrement efficace en pyrotechnie civile ou militaire. De même, des tubes ainsi constitués s'usinent très simplement avec des outils habituellements réservés au bois ou aux métaux. On peut encore ajouter avantageusement aux caractéristiques mécaniques évoquées ci-dessous, en ajoutant au mélange de résine des copolymères de chlorure de vinylidène, dits PVDC ; dans les essais, il a été utilisé des "IXANS" de la firme SOLVAY à raison de 10% environ en poids du mélange résine plus eau. Ces additifs ont apporté aux produits finis de remarquables capacités à lutter contre l'air et les agressions humides comme l'eau ou les corps gras, huile ou graisse. Les tubes en carton hydrofugés, comme il vient d'être décrit, peuvent encore recevoir une protection complémentaire en ce qu'il est possible d'étendre sur les faces du tube en contact avec l'air, à l'intérieur du tube d'une part, à l'extérieur d'autre part, une couche de résine polymérisable du même type que la résine utilisée pour le collage des couches successives de papier ou carton. Naturellement, les couches externes de résine comportent en combinaison leur propre durcisseur dans le cas notamment de la variante prévoyant que la résine et son durcisseur sont déposés séparément de part et d'autre des bandes de papier ou de carton. En définitive, les tubes en carton réalisés conformément au procédé selon l'invention présentent des caractéristiques remarquables de résistance aux agressions humides on a pu montrer à cet égard qu'un tel tube plongé dans de l'eau pendant 24 heures retrouvait en sèchant toutes ses formes et son poids initial ; seule la tranche du tube absorbe du liquide dont l'infiltration dans les couches de carton est d'ailleurs très limitée et surtout entièrement réversible. Cette qualité d'hydrophobie est particulièrement intéressante pour toutes les applications de tubes partiellement ou totalement enterrés. I1 est par ailleurs tout-à-fait clair qu une telle réalisation de tubes en carton ne se limite en aucun cas aux tubes à roulage parallèle ; le procédé est immédiatement transposable aux tubes spiralés, seuls les équipements traditionnels diffèrent. Les applications les plus directes de tubes réalisés suivant l'invention sont les mortiers, les chandelles, les jets et les conteneurs, la pyrotechnie civile et militaire, les cannes pyrométriques etc.. REVENDICATIONS 1.- Procédé de fabrication de tube en carton réalisé suivant un roulage parallèle ou spiralé de feuilles ou bandes en papier ou en carton préalablement encollées, caractérisé en ce qu'on utilise une colle synthétique du type urée formol, j'élamine formol, phénolique ou similaire comportant un durcisseur procurant au tube, après polymérisation naturelle ou accélérée par chauffage, des qualités remarquables de résistance mécanique et de résistance aux agressions humides. 2.- Procédé suivant la revendication caractérisé en ce qu'avant l'opération d'encollage des feuilles ou bandes, on ajoute à la colle synthétique polymérisable une quantité d'amidon variable selon la vitesse de défilement des feuilles ou bandes procurant d'une part un pré-collage lors du roulage des feuilles ou bandes d'autre part et un ajustement de la viscosité de la colle. 3.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'on ajoute à la colle synthétique polymérisable des copolymères de chlorure de vinylidène, dits PVDC, en proportion de 10S environ en poids du mélange de colle prêt à l'emploi, ce qui augmente les qualités d'hydrophobie des tubes. 4.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'on effectue la polymérisation à chaud de la colle synthétique par passage au four des tubes une fois roulés. 5.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu on réalise la polymérisation à chaud de la colle synthétique soit par chauffage de la colle déposée, soit par chauffage des feuilles ou des bandes lors de leur défilement, juste avant la conformation des tubas. 6.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'on dépose les deux composants, résine et durcisseur, de la colle polymérisable séparément sur les faces des feuilles ou des bandes de papier ou carton, la résine étant déposée sur une face et le durcisseur sur l'autre faces des feuilles ou bandes, leur mélange s'effectuant par simple pression au moment du roulage~ame- nant une face contre l'autre. 7.-Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu on applique, sur toute la surface interne et externe du tube roulé, un film d'une résine synthétique polymérisable, identique à la colle utilisée pour la fabrication du tube, lui procurant ainsi une protection complémentaire contre les agressions humides tout en rigidifiant encore ledit tube. 8.- Tubes, mandrins ou boitages cylindriques réalisé sés par roulage parallèle ou spiralé de feuilles ou bandes de papier ou de carton suivant un procédé conforme à l'une quelconque des revendications précédentes.