Brevet FR2708011A1 — publié le 19950127

MACHINE ET PROCEDE DE FABRICATION D'UNE FEUILLE DE CARTON ONDULE SIMPLE FACE La présente invention concerne la fabrication du carton ondulé et plus particulièrement une machine de fabrication d'une feuille de carton ondulée simple face par encollage d'une feuille cannelée ce carton sur une feuille plane de carton dite feuille de couverture, du type comprenant trois cylindres chauffants sensiblement tangents deux à deux, d'axes parallèles, à savoir un premier cylindre cannelé, de préformation de la feuille cannelée, un deuxième cylindre, cannelé, central, associé à des moyens d'application de la feuille cannelée contre sa périphérie, et un troisième cylindre, lisse, d'amenée de la feuille plane en contact avec les cannelures de la feuille cannelée, à la périphérie du deuxième cylindre, ainsi que des moyens d'encollage des cannelures avant contact entre feuille cannelée et feuille de couverture. Elle concerne également un procédé de fabrication de feuilles de carton ondulé simple face utilisant notamment une machine du type ci-dessus. Elle trouve une application particulièrement importante bien que non exclusive dans le domaine de la fabrication de feuille simple face à haute vitesse, avec du carton obtenu à partir de papier recyclé à faible grammage (inférieur à de l'ordre de g/m2). On connait déjà des machines du type ci-dessus défini. On a ainsi représenté sur la figure 1 une machine 1 de l'art antérieur dans une chaîne de fabrication 2 de carton ondulé simple face. La chaîne comprend des moyens d'alimentation 3 et 4 respectivement en feuille plane, de couverture, et en feuille plane destinée à former la feuille cannelée. Ces moyens d'alimentation comprennent, de façon connue en elle-même, des dérouleurs de bobines 5 qui permettent un bon contrôle du déroulement et du freinage nécessaires à la fabrication du carton. Ils comprennent également un préchauffeur 6, pour la feuille de couverture, en général constitué d'un cylindre en acier chauffé à la vapeur et muni de petits rouleaux dits "embarreurs" qui servent à faire varier la surface de contact papier/cylindre, et un préconditionneur 7 pour la feuille cannelée, qui comporte quant-à-lui, et en outre, une rampe d'humidification de la feuille qui favorise la formation des cannelures. La chaîne 2 comprend par ailleurs des moyens d'évacuation 8 du carton simple face obtenu, constitués par un système de courroies en partie haute de la chaîne. La figure 2 montre plus précisément, en vue en coupe, la machine 1 simple face de la chaîne de la figure 1. Elle comprend, du côté de l'alimentation en feuille cannelée, un cylindre préchauffeur supplémentaire 9 et un cylindre humidificateur 10, et du côté de l'alimentation en feuille de couverture, deux cylindres préchauffeurs tournants 11. La machine 1 comprend par ailleurs un premier cylindre 12, cannelé, supérieur, en acier inoxydable. Il est creux et agencé pour être chauffé à la vapeur de façon connue en elle-même. La machine 1 comprend également un deuxième cylindre 13, cannelé, central, en acier inoxydable, d'axe parallèle à celui du premier cylindre sensiblement tangent à ce dernier, et par exemple de même diamètre. Le deuxième cylindre est par exemple du type connu sous la dénomination "Air Drive", fabriqué par la société française MARTIN. Il comporte deux chambres, à savoir une chambre centrale chauffée à la vapeur et une chambre à vide connectée à un dispositif 16 de mise sous vide. La chambre comprend des canaux 17 percés sur toute la longueur du cylindre et communique avec la surface périphérique cannelée par des trous. La machine 1 comprend un troisième cylindre 18 inférieur, de surface lisse, d'axe parallèle aux deux premiers et par exemple de même diamètre. Ce cylindre est chauffé à la vapeur de façon similaire aux deux premiers et est agencé pour venir comprimer la feuille de couverture contre les arêtes des cannelures de la feuille cannelée, en contact avec la périphérie du cylindre cannelé central, comme on va le voir. La machine 1 comprend par ailleurs des moyens 19 d'encollage des crêtes des cannelures, connus en eux-même, comprenant un rouleau lamineur 20, un bac de colle 21 et un rouleau encolleur 22. Le principe de fonctionnement de la machine 1 est le suivant. Deux feuilles ou nappes de papier en carton 23 et 24 sont introduits dans la machine 1. La feuille 23 est destinée à former la feuille cannelée. Après traitement de séchage et d'humidification en 7, 9 et 10, elle passe autour du premier cylindre chauffant cannelé 12, sur une partie de sa périphérie. Elle est ensuite introduite entre les deux cylindres chauffants cannelés 12 et 13 qui tournent en sens inverse l'un de l'autre, comme deux cylindres d'engrenage. Le vide créé dans la partie inférieure du cylindre 13 plaque alors la feuille 23 cannelée formée contre le cylindre chauffant sur un arc de cercle ayant un angle au sommet égal à de l'ordre de . Lors du passage en face du rouleau colleur 22, une ligne de colle est, par ailleurs et comme on l'a vu, déposée à la crête des cannelures. La colle est par exemple à base d'amidon. La feuille de couverture 24 est quant à elle introduite en partie basse et à l'opposé de la machine 1. Elle est préséchée en 11 et enroulée autour du troisième cylindre 18, également appelé presse lisse. Une pression hydraulique très forte, par exemple de 5 kg/cm (pression linéique), assure un contact successif en 25 (voir figure 3) entre chaque arête supérieure des cannelures de la feuille cannelée 23 et la feuille de couverture 24 en papier lisse. Le joint de colle est donc obtenu par l'action conjuguée de la forte pression et de la température en une fraction de seconde. L'entraînement des feuilles se fait par traction, la feuille cannelée étant entraînée par l'engrènement des cylindres cannelés 12 et 13, et la feuille de couverture étant entraînée par serrage entre le cylindre central 13 et le cylindre lisse 18. D'autres types de machines simple face existent, comme par exemple celles o la feuille cannelée est plaquée par de l'air au lieu d'être aspirée par le vide sur le cylindre central. Leur principe de fonctionnement et les éléments structurels qu'ils mettent en oeuvre restent cependant en général identiques à ceux décrits ci- dessus. Bien qu'elles permettent d'atteindre de fortes cadences en donnant un papier simple face acceptable, les machines connues présentent cependant toujours des inconvénients. En particulier, pour obtenir un bon collage, ce qui est le but recherché si l'on veut un carton ondulé de bonne qualité, on a considéré, jusqu'à ce jour, qu'il était nécessaire d'appliquer les deux feuilles l'une sur l'autre avec une très forte pression, étant par ailleurs entendu qu'une température suffisante est maintenue au moment du collage pour permettre la gélatinisation de la colle. Malheureusement et notamment cette pression présente des effets nuisibles. Elle est en effet appliquée sur la partie supérieure des crêtes des cannelures (voir figure 3), ce qui provoque des coupures du carton en particulier aux vitesses de résonances, ou encore à hautes vitesses. De plus l'application du cylindre presseur 18 sur le cylindre cannelé central 13 se faisant de façon discontinue, d'une cannelure à une autre, des vibrations et un bruit important (105 à 110 décibels à haute vitesse) sont générés. Il en résulte un carton ondulé de mauvaise qualité, dont les caractéristiques de résistance à l'humidité et à l'éclatement de la couverture, par exemple, sont amoindries. La présente invention vise à fournir une machine et un procédé de fabrication de carton ondulé simple face répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'elle permet de supprimer pratiquement les coupures de papier aux vitesses de résonance et/ou à haute vitesse c'est-à-dire par exemple supérieure à 300 m/mn, et en ce qu'elle permet d'obtenir un excellent collage, ce qui produit un carton ondulé de performance améliorée et ce pour un coût faible et de façon aisée à mettre en oeuvre. Les machines existantes peuvent par ailleurs être facilement adaptées pour profiter de l'amélioration que constitue la présente invention. Pour ce faire, la présente invention part d'une idée entièrement nouvelle consistant notamment à réduire considérablement la pression, ou même à la supprimer totalement, entre le cylindre 12 cannelé et le cylindre 18 lisse sur la surface de contact entre les feuilles, et ce contrairement à ce qu'enseignait l'art antérieur, en remplaçant la forte pression par un chauffage prolongé des feuilles l'une contre l'autre. Dans ce but la présente invention propose notamment une machine de fabrication d'une feuille de carton ondulé simple face par encollage d'une feuille cannelée de carton sur une feuille plane de carton, comprenant trois cylindres chauffants sensiblement tangents deux à deux, d'axes parallèles, à savoir un premier cylindre, cannelé, de préformation de la feuille cannelée, un deuxième cylindre, cannelé, central, associé à des moyens d'application de la feuille cannelée contre sa périphérie, et un troisième cylindre, lisse, d'amenée de la feuille plane en contact avec les cannelures de la feuille cannelée à la périphérie dudit deuxième cylindre, et des moyens d'encollage desdites cannelures avant ledit contact, caractérisé en ce que elle comporte de plus un quatrième cylindre chauffant, rotatif, lisse, d'axe parallèle aux autres cylindres, situé en aval du trajet du carton ondulé par rapport auxdits autres cylindres et agencé pour plaquer la feuille cannelée sur le deuxième cylindre sur un arc de cercle correspondant à un angle au centre d'une première valeur déterminée, et pour être lui- même en contact avec le dos de la feuille plane sur un arc de cercle correspondant à un angle au centre d'une seconde valeur déterminée,. Avantageusement des moyens de commande et de réglage de la vitesse de rotation dudit quatrième cylindre par rapport à la vitesse de rotation dudit deuxième cylindre (ou ce qui est équivalent, à la vitesse de défilement du carton ondulé) sont par ailleurs prévus. Dans des modes de réalisation avantageux, on a de plus recours à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes: - la première valeur déterminée est comprise entre de l'ordre de 30 et de l'ordre de 80 ; - la première valeur est de l'ordre de 60 ; - la seconde valeur déterminée est comprise entre de l'ordre de 90 et de l'ordre de 200 ; - la seconde valeur déterminée est de l'ordre de ; - le quatrième cylindre chauffant est de même diamètre que les trois premiers cylindres chauffants; - la machine comporte de plus un petit cylindre lisse d'axe parallèle à l'axe desdits cylindres chauffants, situé en aval des dits cylindres sur le trajet du carton ondulé et en dessous du plan horizontal tangent à la génératrice supérieure du quatrième cylindre; - la machine comporte des moyens de réglage de la pression de la feuille de couverture sur les cannelures de la feuille ondulée, en-dessous d'une valeur seuil Po déterminée, par exemple de l'ordre de 3 kg/cm (0 contact avec le deuxième cylindre. Un tel système donne en effet des résultats excellents même à des vitesses de déroulement du carton de 200 m/mn. L'invention propose également un procédé de fabrication utilisant une machine telle que décrite ci-dessus, et plus particulièrement un procédé de fabrication d'une feuille de carton ondulé simple face, à partir d'une feuille de carton cannelée et d'une feuille plane de carton, dite de couverture, par encollage de l'une sur l'autre, caractérisé en ce que les crêtes des cannelures de la feuille ondulée préalablement encollées sont maintenues en contact avec la feuille plane sur une première zone formée par une première portion de surface d'un cylindre cannelé central, chauffant, agencé pour plaquer ladite feuille cannelée contre ladite première portion de surface sur un arc correspondant à un angle au centre d'une première valeur déterminée, et sur une seconde zone formée par une seconde portion de surface d'un cylindre lisse, chauffant, rotatif, situé en aval du trajet du carton ondulé par rapport au cylindre central, agencé pour plaquer ladite feuille de couverture contre ladite seconde portion de surface, sur un arc correspondant à un angle au centre d'une seconde valeur déterminée. Dans des modes de réalisation avantageux, on a de plus recours à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes: - la première valeur déterminée est comprise entre de l'ordre de 30 et de l'ordre de 80 ; - la première valeur déterminée est de l'ordre de ; - la seconde valeur déterminée est comprise entre de l'ordre de 90 et de l'ordre de 200 ; la seconde valeur déterminée est de l'ordre de ; - on règle la vitesse du cylindre lisse chauffant, à une vitesse comprise entre de l'ordre de 1,02 V et de l'ordre de 1,25 V, avantageusement 1,06 V, V étant la vitesse de défilement du carton ondulé formé; - on applique une pression entre les crêtes des cannelures et la feuille de couverture au premier point de contact après encollage, de valeur inférieure à 3 kg/cm; - aucune pression n'est appliquée par le troisième cylindre sur les feuilles cannelées et de couverture de la feuille ondulée en contact avec le deuxième cylindre (pression linéique nulle). L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'un mode de réalisation de l'invention donnée ci-après à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels, en plus des figures 1 à 3 d'ores et déjà décrites concernant une machine de l'art antérieur: - La figure 4 montre schématiquement un mode de réalisation de l'amélioration que constitue l'invention, en coupe transversale. - La figure 5 est une coupe schématique selon V-V du quatrième cylindre de la figure 4. La machine selon le mode de réalisation de l'invention plus particulièrement décrit ici comprend d'une part une machine simple face du type décrit en référence à la figure 2, et d'autre part un quatrième cylindre agencé comme cela va être décrit ci-après en référence à la figure 4. Pour simplifier, les mêmes numéros de référence sont utilisés quand ils désignent les mêmes éléments. En plus des premier, deuxième et troisième cylindre 12, 13 et 18 décrits en référence à la figure 2, la machine selon l'invention comporte un quatrième cylindre 26 lisse, chauffant, d'axe 27, parallèle aux axes des précédents cylindres et situé au-dessus de ces derniers, par exemple directement après le deuxième cylindre sur le trajet de la feuille de carton ondulé. Ce cylindre est chauffé à la vapeur de façon similaire par exemple pour atteindre une température de peau du cylindre comprise entre 160 C et 200 C. Il est constitué en acier inoxydable et présente par exemple un diamètre identique aux autres. Des moyens (non représentés) de réglage de la vitesse de rotation du cylindre 26, connus en eux- même, sont prévus. Le rapport des vitesses du cylindre 26 et du défilement du carton est donc ajustable pour assurer la tension de la feuille de couverture qui est enroulée et en contact avec la surface lisse du cylindre. Avec une machine ainsi modifiée, le collage est différent du collage classique. Au lieu de réaliser le joint de colle instantanément par action combinée de la chaleur et d'une forte pression, le collage est assuré essentiellement par la chaleur, la pression étant réduite de façon importante. Le séchage de la colle s'effectue en deux zones: - une première zone de contact 28 entre la feuille cannelée 23 et la feuille de couverture 24, o les deux feuilles sont maintenues l'une contre.l'autre sur le cylindre cannelé central 13 sur un angle d'enroulement a, par exemple d'environ 60 . Au point de jonction 29 des deux feuilles, l'espace entre le cylindre cannelé 13, central, et le troisième cylindre 18, lisse, presseur, est par ailleurs maintenu à une valeur fixe par des butées réglables, de façon à ce que la pression soit nulle ou faible, par exemple comprise entre 0 et 3 kg/cm, et ne détériore pas les feuilles; - une seconde zone de contact 30, o les deux feuilles sont à nouveau maintenues l'une contre l'autre mais cette fois-ci sur le cylindre 26 sur un angle d'enroulement À, par exemple de 180 , ce qui permet de compléter la gélatinisation et le séchage de la colle. Avantageusement, V étant la vitesse de défilement du carton, et Vl étant la vitesse extérieure du cylindre 26, Vl est compris entre de l'ordre de 1,02 V et de l'ordre de 1,25 V. Dans le mode de réalisation plus particulièrement décrit ici, et afin de maintenir la feuille de carton ondulé du côté cannelé, en contact avec la surface cannelée du cylindre 13 sur un angle a, le cylindre 26 présente au moins par rapport au plan tangent au point de contact 29 avec le cylindre 13 une partie de sa surface du c6té dudit cylindre 13. Pour ce faire, l'axe 27 du cylindre 26 peut également être situé du côté du cylindre 13, par rapport au plan vertical passant par l'axe 31 du cylindre lisse 18. Pour maintenir la feuille de carton ondulé, du côté lisse, en contact avec le cylindre 26 sur un angle,f, un petit rouleau 32, lisse et plein, connu en lui-même, et propre à être en contact avec la feuille du carton ondulé, du côté ondulé, est par exemple prévu. Pour ce faire, il présente par exemple une génératrice inférieure 33 située en-dessous du plan horizontal 34 tangent à la génératrice supérieure du cylindre 26. Avantageusement l'axe 35 du cylindre 32 est situé en-dessous de l'axe 27 du cylindre 26. Des distances suffisantes e et e' entre parois latérales, respectivement des cylindres 13 et 26, et 26 et 32 sont par ailleurs prévues pour permettre un bon déroulement de la feuille de carton formée 36. La figure 5 montre une vue schématique en coupe selon V-V du cylindre 26. Il comprend deux extrémités cylindriques 37 et 38 montées sur palliers 39, et un corps cylindrique , par exemple en acier inoxydable ou en fonte, muni d'un évidement central 41 alimenté en vapeur en 42 par l'extrémité 37. La vapeur circule dans l'évidement et est évacuée en 43 via la même extrémité 37. Un moteur à vitesse variable 44 permet de faire varier la vitesse de rotation du cylindre 26 de façon connue en elle-même, en fonction de la tension recherchée pour le carton ondulé. La surface lisse du cylindre 26 permet d'éventuels glissements, autorisant un patinage qui rattrape les jeux éventuels. Grâce à l'invention, on a pu constaté une amélioration significative de caractéristique du carton ondulé simple face produit. Notamment et par exemple, on a constaté, toutes choses égales par ailleurs, une amélioration de la résistance à l'humidité COBB d'au moins de l'ordre de 20%, et de la résistance à l'éclatement de la couverture de 10%, par rapport à une machine du type de celle de la figure 2. De façon plus générale, un dispositif selon l'invention conserve les qualités de résistance à l'humidité COBB du papier de couverture, sans altérations, contrairement à ce qui est observé avec les dispositifs de l'art antérieur. REVENDICATIONS 1. Machine (1) de fabrication d'une feuille (36) de carton ondulé simple face par encollage d'une feuille cannelée (23) de carton sur une feuille plane (24) de carton, comprenant trois cylindres chauffants sensiblement tangents deux à deux, d'axes parallèles, à savoir un premier cylindre (12), cannelé, de préformation de la feuille cannelée, un deuxième cylindre (13), cannelé, central, muni de moyens (16,17) d'application de la feuille cannelée contre sa périphérie, et un troisième cylindre (18), lisse, d'amenée de la feuille plane en contact avec les cannelures de la feuille cannelée à la périphérie dudit deuxième cylindre, et des moyens (19) d'encollage desdites cannelures avant ledit contact, caractérisé en ce que elle comporte de plus un quatrième cylindre (26) chauffant, lisse, d'axe (27) parallèle aux autres cylindres, situé en aval du trajet du carton ondulé par rapport auxdits autres cylindres et agencé pour plaquer la feuille cannelée sur le deuxième cylindre (13) selon un arc de cercle correspondant à un angle au centre a d'une première valeur déterminée, et pour être lui- même en contact avec le dos de la feuille plane sur un arc de cercle correspondant à un angle au centre p d'une seconde valeur déterminée, 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que elle comprend des moyens (44) de commande et de réglage de la vitesse de rotation dudit quatrième cylindre par rapport à la vitesse de rotation dudit deuxième cylindre. 3. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la première valeur déterminée est comprise entre de l'ordre de 30 et de l'ordre de 80 . 4. Machine selon la revendication 3, caractérisé en ce que la première valeur déterminée est de l'ordre de 60 . 5. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la seconde valeur déterminée est comprise entre entre de l'ordre de 90 et de l'ordre de 200 . 6. Machine selon la revendication 5, caractérisé en ce que la seconde valeur déterminée est de l'ordre de 180 . 7. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le quatrième cylindre (26) chauffant est de même diamètre que les trois premiers cylindres chauffants. 8. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que elle comporte de plus un petit cylindre lisse (32), d'axe parallèle à l'axe desdits cylindres chauffants, situé en aval des dits cylindres sur le trajet du carton ondulé et en dessous du plan horizontal (34) tangent à la génératrice supérieure du quatrième cylindre. 9. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que elle comporte des moyens de réglage de la pression de la feuille de couverture sur les cannelures de la feuille ondulée, en-dessous d'une valeur seuil déterminée ó3 kg/cm. 10. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que elle comporte des moyens de maintien de la distance entre les surfaces des deuxième et troisième cylindres, agencés pour supprimer toute pression du troisième cylindre sur les feuilles cannelées et de couverture de la feuille ondulée en contact avec le deuxième cylindre. 11. Procédé de fabrication d'une feuille (36) de carton ondulé simple face, à partir d'une feuille (23) de carton cannelée et d'une feuille (24) plane de carton, dite de couverture, par encollage de l'une sur l'autre, caractérisé en ce que les crêtes des cannelures de la feuille ondulée préalablement encollées sont maintenues en contact avec la feuille plane sur une première zone (28) formée par une première portion de surface d'un cylindre cannelé (13) central, chauffant, agencé pour plaquer ladite feuille cannelée contre ladite première portion de surface, sur un arc correspondant à un angle au centre d'une première valeur déterminée, et sur une seconde zone (30) formée par une seconde portion de surface d'un cylindre lisse (26), chauffant, rotatif, situé en aval du trajet du carton ondulé par rapport au cylindre cannelé central (13), agencé pour plaquer ladite feuille de couverture contre ladite portion de surface, sur un arc correspondant à un angle au centre p d'une seconde valeur déterminée. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisée en ce que la première valeur déterminée est comprise entre de l'ordre de 30 et de l'ordre de 80 . 16. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que la première valeur déterminée est de l'ordre de 60 . 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 et 13, caractérisé en ce que la seconde valeur déterminée est comprise entre de l'ordre de 90 et de l'ordre de 200 . 15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que la seconde valeur déterminée est de l'ordre de 180 . 16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 15, caractérisé en ce qu'on règle la vitesse du quatrième cylindre lisse chauffant, à une vitesse comprise entre de l'ordre de 1,02 V et de l'ordre de 1,25 V, V étant la vitesse de défilement du carton ondulé formé. 17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 16, caractérisé en ce que la vitesse du cylindre lisse chauffant est de l'ordre de 1,06 V. 18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 17, caractérisé en ce que on applique une pression entre les crêtes de cannelures et la feuille de couverture au premier point de contact (29) après encollage, de valeur inférieure à 3 kg/cm. 19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 18, caractérisé en ce que aucune pression n'est appliquée par le troisième cylindre sur les feuilles cannelées et de couverture de la feuille ondulée en contact avec le deuxième cylindre.