Brevet FR2655656A1 — publié le 19910614

L'invention concerne la composition, la fabrication et la transformation de films plastiques à base de polycléfines susceptibles d'entre soudés par haute fréquence. Il existe dans l'industrie de la transformation de matière plastique de nombreuses installations de fabrication de films à base de polyoléfines, notamment extrudé qui se trouvent sous employées. Ces installations servent généralement à faire de la gaine qui peut servir à l'emballage de produits de toute sorte. n titre d'exemple, une catégorie de ces extrudeuses de film comportent une filliere circulaire, à axe vertical qui extrude un tube qui est ensuite plus ou moins gonflé et étiré à l'air, pendant sa phase de refroidissement, pour lui donner son épaisseur et ses caractéristiques mécaniques définitives. La gaine est généralement mise à plat avec ou sans soufflets pour etre ensuite enroulée sur un mandrin. Les polyoléfines sont des matériaux difficiles à thermosouder parce qu'ils ont tendance à coller sur les électrodes chaudes.Il faut recourir à des artifices tels que le complexage avec d'autres films qui ont des points de fusion bien plus élevé et qui sont placés de manière à titre interposés entre l'électrode chaude et le film polyoléfine servant à la soudure. Ou bien il faut recourir à la soudure par impulsion protégée par une toile de téflon. Dans les deux cas, il est rare d'obtenir des soudures esthétiques, et surtout dès que les épaisseurs de matériaux augmentent les problèmes de conduction de chaleur à travers les parois, font augmenter les temps de soudure au-delà de ce qui est économiquement raisonnable pour certaines applications. Ces inconvénients ferment aux polyoléfines de nombreuses applications de nature industrielle où l'on demande des qualités bien particulières tel'es que la ténacité, la tenue dans le temps, ou l'esthétique.Ces emplois industriels ont été souvent remplis par des films à base de polychlorure de vínyl plastifiés7 dit ci-dessous PVC, qui présentent l'avantage d'âtre soudables par Haute Fréquence. En effet la soudure Haute Fréquence permet un réchauffement de la matière7 dans la masser par mise en vibration des ions chlore. Ce qui permet de souder rapidement des épaisseurs relativement importantes de matériau tout en gardant l'électrode froide qui donc ne colle pas au matériau soudé. Cette électrode de par sa conception peut comporter une arête vive qui fait une coupe mécanique, juste après la fin de la soudure en venant en contact avec la contre électrode qui sert d'enclume. L'utilisation d'un matériau relativement épais permet en outre de réaliser des états de surface par repoussage qui donnent une qualité esthétique indéniable. Le PVC, qui permet de bénéficier de tous ces avantages, a néanmoins quelques inconvénients: c'est un matériau qui peut présenter un certain nombre de risque, notamment on peut constater lors de sa combustion un dégagement d'acide chlorhydrique. C'est un matériau qui durcit en vieillissant à cause de la disparition progressive des plastifiants, et qui a sous forme de film de fortes variations de souplesse en fonction de la température, notamment à basse température où il peut me me arriver à se couper. L'objet de l'invention est de réaliser des films qui présentent les mimes avantages que le PVC au point de vue de l'aptitude à la transformation et de la qualité esthétique, tout en en n'ayant pas les inconvénients. C'est à dire que ces films peuvent être fabriqués sur des installations prévues pour les polyoléfines sans modifications particulières au niveau de l'extrusion, et qu'ils peuvent etre soudés sur des installations prévues pour les films PVC sans non plus les modifier. Cette invention permet donc de reconvertir la production d'installations industrielles sans avoir à réaliser des investissements dissuasifs.On sait depuis longtemps que les mélange de résines polyéthylène avec des résines d'éthyl-vinyl-acétate, dit ci-après E.v.A., permettent d'obtenir dans certaines proportions des produits soudables par haute fréquence. Notamment le secteur médical utilise couramment des mélange de polyéthylène basse densité avec 18% d'E.Y.A.. On trouve ces produits dans le commerce ainsi que toute une gamme de mélanges allant de 4% d'E.Y.#. à 30%. Les essais de soudure en haute fréquence montrent que l'on arrive à souder les films réalisés avec ces produits jusqu'# un taux minimum de 8% d'E.Y.À.. Seulement on constate que ces propriétés n'ont pas ou que peu été utilisées pour des résines a moins de 18% d'E.ViA. parce que les défauts de ces films étaient souvent rédhibitoires. Les principaux reproches faits à ces films sont: le toucher désagréable parce qu'ils sont collants au doigt, et qu'ils sont trop souples pour des usages dans lesquels l'aspect esthétique prime, en effet lorsqu'on cherche, par exemple, à évoquer le cuir, il faut un toucher plutft sec et une certaine rigidité pour éviter, par exemple, les plis disgracieux.Toute la recherche7 objet de l'invention, a été de retrouver avec des résines ayant de 8 à 18% 'EV., un toucher sec et une rigidité, au sens décrit précédemment, suffisante pour rendre le produit acceptable dans des applications dans lesquels prime l'aspect Cette recherche a donné lieu à toute une gamme de films dont la composition varie en fonction des applications envisagées.Etant donné le caractère plutôt subjectif de l'aspect collage au doigt ou souplesse7 qui peuvent titre difficilement quantifiés, les produits ont donné lieu à la mise en oeuvre de toute une batterie de moyens, objets de l'invention, qui peuvent titre utilisés seuls ou en combinaison les uns avec les autres en fonction du résultat recherché Nous allons donc décrire toute une gamme de moyens qui ont été mis en oeuvre pour obtenir les films recherchés. Un premier moyen réside dans le process d'extrusion que nous avons décrit précédemment, dans lequel on utilise une résine comportant de 8 à 18% dtE.V.n. et d'un grade le plus faible possible que nous situons dans la fourchette de 0,3 à 2 en échelle 1-1 suivant la norme NF T 51016 qui caractérise la méthode de mesure du grade. La gaine ainsi fabriquée subit un étirage et un refroidissement classiques à l'air en sortie de filière, puis elle est écrasée entre des rouleaux afin de chasser l'air contenu entre les parois et d'obtenir, grâce à I'E.V.A,, une adhérence, entre les parois, suffisante pour éviter un délaminage ultérieur. Dans cette première phase on recherche une première amélioration de la rigidité par blocage des molécules avant relaxation. Ce résultat est obtenu en combinant le choix du grade le débit de l'extrudeuse en fonction de lrepaisseur retenue pour la gaine et enfin la hauteur de la bulle que forme la gaine entre la sortie de la filière et la zone d'écrasement de la gaine.Ensuite la gaine peut etre réchauffée avant de passer entre deux cylindres dont l'un est en caoutchouc lisse et l'autre en acier avec un motif de décoration gravé pour effectuer par repoussage un décors de la surface du film. Le réchauffage de la gaine est effectué par rayonnement infrarouge de fréquence longue, dans la zone ou le film est opaque à ce type de rayonnement, uniquement du cdté qui doit titre repoussé. Ainsi le film est réchauffé uniquement à sa surface à une température de l'ordre de 85 C et la chaleur n'a pas le temps de se transmettre à travers le film. Le fait qu'il soit constitué de deux épaisseurs de matériau crée à ce titre une barrière thermique supplémentaire.Comme le cylindre métallique est refroidi à une température de l'ordre de 10 C, on bloque ainsi toute relaxation des molécules par une sorte de trempe. Le film est alors prêt à être transformé par soudure haute fréquence et découpe. Il est évident que l'on peut si c'est nécessaire chauffer le film des deux cotés pour faire un décors de chaque ctté; ceci peut s'avérer utile dans certaines applications comme nous le préciserons plus loin. Afin d'améliorer la rigidité et diminuer collage, on ajoute à la résine initiale au moment de son introduction dans l'extrudeuse, une charge minérale neutre. Cette charge minérale peut Entre de nature variée. On peut utiliser, par exemple du mica, de la bille de verre ou de la fibre de verre . Ces exemples n'étant pas limitatifs et ces produits pouvant entre utilisés en mélange. Tous ces matériaux existent sur le marché sous forme de mélanges matures. Mais il existe une limite maximum de charge qu'il ne faut pas dépasser, si on ne veut pas perdre les caractéristiques de soudabilité par haute fréquence.Cette limite est variable pour chaque produit, notamment en fonction de la concentration du mélange mature lui- mise. En général elle ne doit pas dépasser en extrait sec 8 à 10% de la masse de résine initiale. Dans une version préférée de l'invention, ce mélange mattre contient 70% de carbonate de calcium et on peut en rajouter au maximum de l'ordre de 12% du poids de résine initiale. Il est possible aussi de charger avec du mélange mattre à base de talc, mais il devient impossible de coller les deux parois de la gaine au moment de l'écrasement, si bien que l'usage de cette charge n'est possible que pour fabriquer un gaine utilisée en simple paroi.La mise en oeuvre de ces mélanges autre se fait de manière tout à fait traditionnelle, en utilisant, par exemple, des installations de coloration existantes, ce qui en fait tout l'intéret. Le collage de la matière au toucher peut aussi etre masqué par la forme du décors obtenu par repoussage. Si le motif est suffisamment profond pour constituer une sorte de gauffrage, la surface en contact avec les doigts est uniquement celle qui sépare les motifs, et elle est suffisamment faible pour que l'on n'ait plus l'impression que ~1#a colle". Cette façon de procéder est surtout utilisée lorsque le matériau doit être employé sous une forme translucide et qu'il est impossible d'introduire des charges minérales qui opacifient le matériau. Les produits ainsi obtenus sont caractérisés par une rigidité7 au sens décrit précédemment, acceptable et comparable à celle obtenue avec le PVC plastifié à température ambiante mais ont de meilleures performances à basse température jusqu'à des températures de l'ordre de 40 } eti dessous de 0 C. Ils gardent en effet une meilleure souplesse alors que le PVC devient fragile. En contrepartie, dès que l'on atteint des températures de l'ordre de 75 C qui correspond au point Vicat, les performances deviennent médiocre. En effet, pour certaines applications, par exemple pour les produits destinés a l'habitacle des automobiles, il faut une tenue de 22h à 70 C sans déformation avec un retrait maximum de 1%.Nous avons donc recherché à faire grimper la température du point Vicat de manière à donner une marge de sécurité suffisante. Nous avons constaté qu'il était possible de mélanger à la résine initiale du Polypropylène homo ou co-polymère. Il est possible d'obtenir avec un Polypropylène de grade 2 à 7 suivant l'échelle I-2 suivant la norme NF T 51016 une miscibilité satisfaisante dans des proportions allant de 5 à 30% de la masse de résine initiale.Cette addition de Polypropylène permet ainsi de remonter le point Vicat de l'ordre de 54C pour dépasser les SOC. Dans une version préférée de linvention, la résine initiale7 de grade 073 suivant l'échelle I-1 suivant la norme NF T 51016, contient de l'ordre de 14% d'E.V.A., on lui rajoute sous forme de mélange mattre environ 7% de carbonate de calcium en extrait sec, soit environ 10% de mélange mattre à 70% de charge7 enfin environ 10% de résine de Polypropylène de grade de l'ordre de 2 suivant l'échelle 1-2 suivant la norme NF T 51016 Une autre manière d'obtenir une augmentation du point Vicat est de remplacer le polypropylène dans les proportions allant de 5 à 30% par une polyoléfine greffée comprenant notamment des groupement silanes hydrolysables avec éventuellement présence d'un catalyseur d'hydrolyse des groupement silanes de manière à obtenir une réticulation qui augmente considérablement la viscosité à chaud sans modifier les autres propriétés. Les films ainsi obtenus peuvent se souder sur les me mes installations qui servent à souder, les films en PVC plastifié7 par haute fréquence7 et permettent de produire des articles à bases de feuilles découpées et soudées semblables à ceux qui sont faits actuellement en PVC. REVENDICATIONS 1-Film fabriqué à base de Polyéthylène et d'E.V.A. caractérisé en ce que la résine initiale, qui le constituer contient de 8 à 18% D'E.V.A., avec un grade inférieur à 2 suivant l'échelle 1-1 suivant la norme NF T 51016 t contient de 5 à 30%, de la masse de résine initiale, de résine de polypropylène ou de résine de polyoléfine greffée pour permettre une réticulation, pouvant Entre complétée par une charge minérale neutre inférieure, en extrait sec, à 10% de la masse de résine initiale, et qu'il peut etre soudé par haute fréquence par les me mes installations qui servent à souder les films P.V.C.. 2-Film fabriqué à base de Polyéthylène et d'E.V.A. suivant la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il est extrudé sous forme de gaine qui est ensuite écrasée entre deux rouleaux de manière à ce que la présence de 1'E.V.A. puisse permettre l'adhérence des parois entre elles. 3-Film fabriqué à base de Polyéthylène et d'E.V.R. suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un décor est fait par repoussage sur le film pour en diminuer la surface de contact au toucher. 4-Film fabriqué à base de Polyéthylène et d'E.V.À. suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le film contient environ 10% de résine de polypropylène. 5-Film fabriqué à base de Polyéthylène et d#E.V.À. suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le film contient environ 7% de carbonate de calcium. 6-Film fabriqué à base de Polyéthylène et d'EV.R. suivant l'une quelconque des revendications de 1 à 4, caractérisé en ce que le film contient une charge neutre inférieure Fl 10% qui peut entre composée soit de fibre de verre, soit de billes de verre, soit de mica, soit de talc, soit d'un mélange de tout ou partie de ces composants. 7-Articles obtenus par découpe et ou soudure par haute fréquence des films fabriqués à base de Polyéthylène et d'E.V.A.. suivant l'une quelconque des revendications précédentes.