Brevet FR2826605A1 — publié le 20030103

Procédé de fabrication d'une bande revêtue d'au moins un film en polymère, installation de mise en oeuvre et bande revêtue obtenue La présente invention concerne un procédé de fabrication de bandes revêtues d'au moins un film polymère, une installation de mise en oeuvre de ce procédé ainsi que les bandes pouvant être obtenues. L'extrusion couchage d'un film polymère est réalisée par extrusion d'un polymère pour former une nappe à la sortie de la filière de l'extrudeuse, nappe que l'on applique ensuite sur une bande en défilement, comme par exemple une bande de carton, d'aluminium ou encore une tôle d'acier. Cette technologie est très bien adaptée au cas des polyoléfines, notamment du polyéthylène (PE), du fait de leur très bonne étirabilité qui confère une bonne stabilité à la nappe même pour des vitesses de ligne élevées (jusqu'à 700 m/min pour le PE basse densité). Ce bon comportement du PE est dû à ses propriétés rhéologiques en élongation, lui permettant de soutenir de forts allongements et contraintes à l'étirage de la nappe. On observe cependant que le polyéthylène est sujet à des phénomènes de variations périodiques de la largeur et de l'épaisseur de la nappe ("melt resonance"), ainsi qu'à un rétreint conséquent à la sortie de la filière. Le polypropylène (PP) présente quant à lui de moins bonnes performances que le polyéthylène, et est lui-aussi sujet au melt resonance et à un rétreint très prononcé à la sortie de la filière. Pour pallier ce problème, les industriels ont commencé par travailler sur la formulation de nouveaux mélanges PP/PE puis, plus récemment, ont développé de nouvelles structures de PP à branchements longs permettant d'améliorer les performances de ces matériaux, sans y parvenir totalement. De la même façon, les polyesters étant très fluides et donc difficilement étirables, de nouvelles résines dites"High Melt Viscosity"ont été mises au point pour améliorer leurs propriétés rhéologiques, c'est à dire, dans le cas présent, pour augmenter leur viscosité dans la gamme de cisaillement propre à l'étirage. Malgré ces améliorations, ces différents polymères présentent toujours un rétreint prononcé et une instabilité importante du au phénomène de "melt resonance". Ces défauts conduisent à des produits difficilement utilisables en raison de leur instabilité dimensionnelle. Un des moyens pour stabiliser les dimensions de l'extrudat consiste à travailler à des températures plus basses qu'utilisées habituellement en extrusion, aussi bien dans l'extrudeuse que dans la filière, afin d'obtenir un produit à viscosité suffisante pour pouvoir former une nappe stable. En raison de cette faible température d'extrusion, il faut travailler avec des installations présentant une distance entre la filière d'extrusion et la bande en défilement ("air gap") de l'ordre de 10 mm, afin d'éviter que le polymère ne recristallise avant d'être appliqué sur la bande, les températures de recristallisation et d'extrusion étant alors relativement proches. En outre, le rétreint étant alors très marqué dans ces conditions, plus l'air gap est faible, plus la nappe de polymère est large au moment de son application sur la bande. Il en résulte un procédé délicat à mettre en oeuvre, la plage de température d'extrusion devant être réglée à 5 C près. Les températures nécessairement basses entraînent des risques de recristallisation du polymère au sein de la filière et aussi la présence de matières non fondues, ce qui encrasse les outillages et entraîne de fréquents arrêts de lignes de production. En outre, on observe dans la pratique des instabilités très fréquentes tant au niveau de la largeur de la nappe de polymère extrudé qu'au niveau de son épaisseur, ce qui peut entraîner des ruptures de cette nappe ou des irrégularités de ses contours ("edge wave"). La bande revêtue obtenue à l'issue de ce procédé présente donc de grandes hétérogénéités quant à l'épaisseur du film déposé, mais aussi quant à sa largeur rendant là-aussi le produit inutilisable. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients des procédés de l'art antérieur en fournissant un procédé de fabrication de bandes revêtues d'au moins un polymère dont la mise en oeuvre soit plus aisée et par lequel on obtienne une bande revêtue dont la surface utile est plus importante et dont le film de polymère est d'épaisseur uniforme. A cet effet, un premier objet de la présente invention est un procédé de fabrication d'une bande revêtue d'au moins un film de polymère, comprenant l'extrusion dudit polymère à une température TEX pour donner un extrudat fondu, puis le passage dudit extrudat au travers d'une filière de forme appropriée munie d'une fente de largeur L pour former une nappe de polymère de largeur i, que l'on applique sur ladite bande en défilement, caractérisé en ce que l'on refroidit au moins les deux extrémités latérales d'au moins une face de la nappe de polymère au voisinage de la sortie de la filière, le refroidissement étant effectué de telle sorte que le rapport i 1 L reste supérieur à 0,65, de préférence supérieur à 0,75, et de façon particulièrement préférée supérieure à 0,85, jusqu'à l'application de la nappe sur la bande. Les présents inventeurs ont en effet découvert qu'en refroidissant au moins les deux extrémités latérales d'une face de la nappe de polymère au voisinage de la sortie de la filière, on parvenait à figer ses bords, donnant ainsi une nappe de plus grande largeur ne présentant plus qu'un phénomène de rétreint très diminué, sans instabilité. La nappe ainsi obtenue présente en outre une partie centrale d'épaisseur constante sur une largeur beaucoup plus importante que dans l'art antérieur, ce qui augmente considérablement la surface utile de la nappe. De préférence, cette partie centrale d'épaisseur constante représente plus de 80% de la largeur t de la nappe, jusqu'à son application sur la bande. Ces avantages proviennent probablement du fait qu'en refroidissant ces zones de la nappe, on augmente localement de façon importante la viscosité et l'élasticité du polymère, ce qui permet notamment de stabiliser la nappe et ainsi d'éliminer l'edge wave. En outre, ceci permet d'extruder le polymère à des températures plus élevées que dans l'art antérieur puisqu'on le refroidit avant application sur la bande. On a donc moins de matière non fondue encrassant l'installation. L'abaissement de température nécessaire pour figer les bords de la nappe dépend notamment de la nature du polymère, de la vitesse de la ligne et de la température d'extrusion, et pourra être déterminée aisément par l'homme du métier. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la différence entre la température TEX et la température de fusion du polymère est supérieure à 30 C. Dans un autre un mode de réalisation préféré de l'invention, on refroidit la nappe de polymère en soufflant un gaz, de préférence inerte, sur au moins une des faces de ladite nappe, au moins au niveau des deux extrémités latérales de cette face. On pourra également souffler ce gaz sur toute la largeur d'une des faces de la nappe. Outre ce soufflage sur l'une des faces de la nappe de polymère, on peut également souffler un gaz, de préférence inerte, sur l'autre face de la nappe, au moins au niveau de ses deux extrémités latérales, voire sur toute la largeur de la nappe. Dans un mode de réalisation particulièrement préféré de l'invention, on refroidit la nappe en soufflant un gaz, de préférence inerte, au niveau des deux extrémités latérales de la face de ladite nappe destinée à être directement appliquée sur la bande, et en soufflant un gaz, de préférence inerte, sur toute la largeur de l'autre face de la nappe. Ce mode de réalisation permet d'avoir une bonne adhérence possible entre la nappe et la bande, car on ne refroidit pas toute la zone devant être mise en contact. Au niveau des matériaux mis en oeuvre, on pourra utiliser tout polymère extrudable, avec une préférence pour les polyesters qui présentent des caractéristiques particulièrement avantageuses au niveau de la facilité de mise en oeuvre. On citera également, à titre d'exemple, les polyoléfines comme le polypropylène greffé ou non, ainsi que le polyéthylène. Le polymère utilisé pour produire un film sur la bande pourra être constitué d'un seul polymère ou d'un mélange de différents polymères compatibles entre eux. La bande pourra être choisie, par exemple parmi les bandes métalliques, les cartons, le papier, avec une préférence pour les bandes métalliques faites dans un matériau tel que l'acier, l'aluminium, le cuivre, le zinc, le plomb et leurs alliages. Il pourra s'avérer avantageux de préchauffer ces bandes avant d'appliquer le polymère, afin d'améliorer la qualité de l'adhésion. Le gaz soufflé pour étirer la nappe est de préférence inerte vis-à-vis du polymère comme de la bande et est de façon particulièrement préférée de l'air thermorégulé sous forme d'un flux laminaire, ce qui permet d'assurer un refroidissement très uniforme du polymère. Un deuxième objet de l'invention est constitué par une installation de fabrication d'une bande revêtue d'au moins un film de polymère, comprenant un rouleau d'appui pour la bande, un rouleau d'application de la nappe de polymère extrudée, une extrudeuse munie d'une filière de largeur L et une première série de moyens de refroidissement de la nappe de polymère extrudée, située entre la filière et le rouleau d'appui ou entre la filière et le rouleau d'application. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, l'installation comprend en outre une deuxième série de moyens de refroidissement de la nappe de polymère extrudée, située entre la filière et le rouleau d'appui ou entre la filière et le rouleau d'application, à l'opposé de l'implantation de la première série de moyens de refroidissement de la nappe de polymère extrudée. Les moyens de refroidissement de la première et éventuellement de la deuxième série sont, de préférence, choisis parmi des buses de soufflage espacées d'une distance sensiblement égale à L et une rampe continue de soufflage dont la largeur est sensiblement égale à L. Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, la distance entre l'extrémité inférieure de la filière de l'extrudeuse et la bande ("air gap") est supérieure à 10 mm, de préférence supérieure à 30 mm, et de façon particulièrement préférée supérieure à 150 mm. En effet, un des avantages de la présente invention est que l'on peut éloigner la filière de la bande en défilement, ce qui n'était pas possible avec les installations de l'art antérieur qui imposait une distance de l'ordre de 10 mm. Le réglage de l'installation s'en trouve facilité et la conduite du procédé aussi. L'ajustement précis de l'air gap doit s'effectuer en prenant en compte les aspects thermiques de la nappe (refroidissement à l'air en cours d'étirage, adhésion sur le substrat dépendant de la température du polymère,...) et la stabilité propre au procédé qui est affectée par le rapport distance d'étirage/largeur de filière (communément appelé ratio d'aspect). Il est clair que l'utilisateur saura utiliser au mieux l'invention tout en respectant ces deux conditions bien connues par l'homme du métier. Un troisième objet de l'invention est constitué par une bande revêtue d'un film de polymère obtenue par le procédé selon l'invention ou à l'aide de l'installation selon l'invention, le film de polymère ayant une épaisseur constante, supérieure à 15 um et inférieure à 40 um. La présente invention va à présent être illustrée par la description détaillée d'un mode de réalisation du procédé selon l'invention donnée à titre d'exemple non limitatif et en référence aux figures annexées sur lesquelles : - la figure 1 représente une installation de l'art antérieur vue de côté, - la figure 2A représente une vue partielle partie agrandie de l'installation de la figure 1 vue de face, lors de la formation d'une nappe de polymère, - la figure 2B représente une vue en coupe de la nappe de la figure 2A, - la figure 3 représente une vue de dessous d'une partie d'une installation selon l'invention, - la figure 4A représente une vue partielle agrandie de l'installation de la figure 3 vue de face, lors de la formation d'une nappe de polymère, - la figure 4B représente une vue en coupe de la nappe de la figure 4A, - la figure 5 présente le profil transversal d'épaisseur E de la nappe de la figure 2B au niveau de la section A-A, selon l'art antérieur, - la figure 6 présente le profil transversal d'épaisseur E de la nappe de la figure 4B au niveau de la section B-B, selon l'invention, - la figure 7 présente deux courbes de profils thermiques transversaux de la nappe des figures 4A et 4B selon l'invention, juste après le refroidissement (symbole ) et juste avant l'application sur la bande (symbole A). La figure 1 représente une installation 1 de l'art antérieur permettant de revêtir une bande métallique B, qui est ici une tôle en acier défilant dans le sens de la flèche F, à l'aide d'une nappe de polymère N pour donner une tôle d'acier revêtue d'un film polymère. Cette installation 1 comprend un rouleau d'appui 2 sur lequel la bande B vient s'appuyer, et un rouleau d'application 3 qui vient appliquer la nappe de polymère N sur la bande métallique B. La nappe N de polymère est produite dans une extrudeuse 4 munie à son extrémité inférieure d'une filière 5 de forme adaptée et munie d'une fente de largeur L qui vaut ici 230 mm. L'extrudeuse 4 et la filière 5 sont disposées sensiblement à la verticale de l'entrefer des deux rouleaux 2 et 3, la distance entre la filière 5 et la bande B (air gap) étant de l'ordre de 10 mm. La bande B, préalablement chauffée, est entraînée vers le bas par des moyens appropriés. La nappe de polymère N est produite par fusion du polymère, qui est ici un polyester, dans l'extrudeuse 4 à une température d'extrusion de l'ordre de 230 C, le polyester ayant une température de fusion de 2200C environ. Elle passe ensuite dans l'entrefer des rouleaux 2 et 3 et est ainsi appliquée sur la bande B à une vitesse de 10 m/min. On constate que le film obtenu est d'épaisseur irrégulière, la valeur moyenne de cette épaisseur étant de l'ordre de 90 um et la largeur du film déposé étant de 55 mm, comme on peut le voir en figure 5 qui présente le profil transversal d'épaisseur de la nappe juste avant son application. Si on considère à présent la figure 2A, on peut y voir une vue de face agrandie de la filière 5 de largeur L, de laquelle s'écoule sous pression la nappe N de polymère. On constate que la largeur de la nappe diminue au fur et à mesure que l'on s'éloigne de la fente de la filière 5 pour finir par se stabiliser. Dans le cas de ce procédé selon l'art antérieur, on voit que la diminution de largeur est importante. A titre indicatif, le rapport entre la largeur totale de la nappe et la largeur L de la filière ne vaut déjà plus que 0,30 environ à une distance de 10 mm de l'extrémité inférieure de la filière 5. Quant au rapport entre la largeur de la zone centrale d'épaisseur sensiblement constante et L, il est encore bien inférieur. On comprend donc que la distance entre l'extrémité inférieure de la filière 5 et la bande B doit être la plus petite possible afin de pouvoir déposer une nappe de largeur suffisante pour recouvrir la plus grande partie possible de la largeur de la bande métallique B. Si l'on considère à présent la figure 2B qui représente une vue en coupe selon A-A de la nappe de polymère N de la figure 2A, on constate que l'épaisseur de la nappe n'est pas uniforme, celle-ci étant beaucoup plus épaisse aux extrémités qu'en son centre. Ce point est nettement visible sur la figure 5. Ces différences d'épaisseurs imposent d'utiliser de plus grandes quantités de polymère que ce qui serait théoriquement nécessaire, afin d'être certain que le film de polymère présente partout l'épaisseur minimum souhaitée. La figure 3 représente une vue de dessous d'une partie d'une installation selon l'invention, qui diffère essentiellement de l'installation 1 selon l'art antérieur par l'ajout de moyens de refroidissement situés de part et d'autre de la nappe N de polymère, et par une distance entre l'extrémité inférieure de la filière 5 et le rouleau d'appui 2 de l'ordre de 210 mm. Si on considère cette figure 3, on y voit une nappe de polymère N, sortant de la filière et refroidie sur une de ses faces par des buses de soufflage 6 et 6'espacées d'une distance sensiblement égale à L. L'autre face de la nappe N est refroidie au niveau de chacune des ses deux extrémités latérales par un flux d'air issu respectivement des buses de soufflage 7 et 7'espacées d'une distance sensiblement égale à L. Les flèches représentées sur cette figure matérialise le trajet des flux d'air. Les buses de soufflage 6 et 6'sont ici situées entre la filière 5 et le rouleau d'application 3, tandis que les buses de soufflage 7 et 7'sont situées entre la filière 5 et le rouleau de support 2. Les buses de soufflage 7 et 7'refroidissent donc la face de la nappe N destinée à être appliquée sur la bande métallique B. Par des mesures thermiques, on détermine que la zone refroidie sur chaque extrémité latérale est d'environ 2 cm. La nappe de polymère N est produite par fusion du même polyester que précédemment, dans l'extrudeuse 4, à une température d'extrusion de l'ordre de 250 C, soit 20 C de plus que pour le procédé de l'art antérieur. Ceci permet d'éviter au maximum la présence de matières infondues dans l'extrudeuse 4 et la filière 5, espaçant ainsi les arrêts de ligne de production. Si on considère à présent la figure 4A, on peut y voir une vue de face agrandie de la filière 5 de largeur L, de laquelle s'écoule sous pression la nappe N de polymère ayant subi un refroidissement selon l'invention. On constate que la largeur de la nappe diminue légèrement lorsque l'on s'éloigne de la fente de la filière 5 pour finir par se stabiliser très rapidement. On comprend donc que la distance entre l'extrémité inférieure de la filière 5 et la bande B peut être considérablement agrandie en mettant en oeuvre le procédé selon l'invention. Par ailleurs, la température d'extrusion étant élevée, l'augmentation du trajet dans l'air de la nappe N ne pose pas de problème, car le polymère est de préférence refroidi de telle sorte qu'il ne recristallise pas complètement avant d'être appliqué sur la bande métallique B. Les réglages nécessaires à cette fin sont à la portée de l'homme du métier qui, par quelques essais successifs, est à même de déterminer les débits et les températures de l'air nécessaires au refroidissement contrôlé de la nappe de polymère N. Il pourra également jouer sur la vitesse de défilement de la bande métallique B ou bien encore sur la température d'extrusion, par exemple. Si l'on considère la figure 4B qui représente une vue en coupe selon B-B de la nappe de polymère N de la figure 4A et la figure 6 on voit que la nappe N est nettement plus large que celle de la figure 2B. A titre indicatif, le rapport entre la largeur totale t de la nappe et la largeur L de la filière à une distance de 20 mm de l'extrémité inférieure de la filière 5 vaut 0,85 environ et reste constant. En outre la largeur de la partie centrale de la nappe N dont l'épaisseur est sensiblement constante, représente environ 90% de la largeur t de la nappe N, et son épaisseur moyenne est nettement diminuée par rapport à la nappe de la figure 2B, puisqu'elle n'est plus ici que de 20 um. On voit donc que l'on a considérablement amélioré l'étirement transversal de la nappe N. Afin de visualiser le refroidissement subi par la nappe N sur les parties latérales de la nappe N, on a effectué des mesures thermiques rassemblées en figure 7 où l'on voit deux courbes de profils thermiques transversaux de la nappe des figures 4A et 4B selon l'invention, peu après le refroidissement (symbole +) et juste avant l'application sur la bande métallique (symbole A). La différence de température entre les bords de la nappe et la partie centrale, qui se monte ici à 100 C environ, est très nette et on constate que cette différence est conservée jusqu'à l'application sur la bande métallique. Si les exemples donnés décrivent le dépôt d'un seul film de polymère sur une bande métallique, il va de soi que le procédé selon l'invention pourra être mis en oeuvre en déposant simultanément plusieurs films de polymères différents sur une même bande. Il suffira pour cela d'utiliser une filière et un dispositif d'extrusion adapté à ce type d'opérations. Le nombre de films de polymères pouvant être déposé n'est pas limité, l'important restant d'assurer un refroidissement contrôlé de la nappe mono ou multi-couches à la sortie de la filière d'extrusion. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une bande (B) revêtue d'au moins un film de polymère, comprenant l'extrusion dudit polymère à une température TEX pour donner un extrudat fondu, puis le passage dudit extrudat au travers d'une filière (5) de forme appropriée munie d'une fente de largeur L pour former une nappe de polymère (N) de largeur î, que l'on applique sur ladite bande en défilement (B), caractérisé en ce que l'on refroidit au moins les deux extrémités latérales d'au moins une face de la nappe de polymère (N), au voisinage de la sortie de la filière (5), le refroidissement étant effectué de telle sorte que le rapport t/L reste supérieur à 0,65 jusqu'à l'application de la nappe (N) sur la bande (B). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport L reste en outre supérieur à 0,75 jusqu'à l'application de la nappe (N) sur la bande (B). 3 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite nappe de polymère (N) présente une partie centrale d'épaisseur constante représentant plus de 80% de la largeur t de la nappe, jusqu'à l'application de la nappe (N) sur la bande (B). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la différence entre la température TEx et la température de fusion du polymère est supérieure à 30 C. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on refroidit la nappe de polymère (N) en soufflant un gaz sur au moins une des faces de ladite nappe (N), au moins au niveau des deux extrémités latérales de cette face. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on refroidit la nappe de polymère (N) en soufflant un gaz sur au moins une des faces de ladite nappe (N), sur toute la largeur de cette face. 7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on refroidit la nappe de polymère (N) en soufflant en outre un gaz sur l'autre face de ladite nappe (N), au moins au niveau des deux extrémités latérales de cette autre face. 8. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on refroidit la nappe de polymère (N) en soufflant en outre un gaz sur toute la largeur de ladite autre face. 9. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on refroidit la nappe de polymère (N) en soufflant un gaz au niveau des deux extrémités latérales de la face de la nappe de polymère (N) destinée à être directement appliquée sur la bande (B), et en soufflant un gaz sur toute la largeur de l'autre face de la nappe de polymère (N). 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que le gaz soufflé est de l'air thermorégulé utilisé sous forme de flux laminaire. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ledit polymère est un polyester. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que ladite bande (B) est une bande métallique, que l'on chauffe préalablement à l'application de la nappe de polymère (N). 13. Installation de fabrication d'une bande (B) revêtue d'au moins un film de polymère, caractérisé en ce qu'elle comprend un rouleau d'appui (2) pour la bande (B), un rouleau d'application (3) de la nappe de polymère extrudée (N), une extrudeuse (4) munie d'une filière (5) de largeur L et une première série de moyens de refroidissement (6,6') de la nappe de polymère extrudée (N), ladite première série de moyens de refroidissement (6,6') de la nappe de polymère extrudée (N), étant située entre la filière (5) et le rouleau d'appui (2) ou entre la filière (5) et le rouleau d'application (3). 14. Installation selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'elle comprend en outre une deuxième série de moyens de refroidissement (7,7') de la nappe de polymère extrudée (N), situés entre la filière (5) et le rouleau d'appui (2) ou entre la filière (5) et le rouleau d'application (3), à l'opposé de l'implantation de la première série de moyens de refroidissement (6,6') de la nappe de polymère extrudée (N). 15. installation selon la revendication 13 ou 14, caractérisée en ce que lesdits moyens de refroidissement de la première série (6, 6') et éventuellement de la deuxième série (7, 7') sont choisis parmi des buses de soufflage (6, 6', 7, 7') espacées d'une distance sensiblement égale à L et une rampe continue de soufflage dont la largeur est sensiblement égale à L. 16. Installation selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, caractérisée en ce que l'extrémité inférieure de la filière (5) de l'extrudeuse (4) est située à une distance de la bande (B) supérieure à 30 mm. 17. Bande (N) revêtue d'un film de polymère obtenue par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 ou à l'aide de l'installation selon l'une quelconque des revendications 13 à 16, caractérisée en ce que ledit film de polymère a une épaisseur constante, supérieure à 15 um et inférieure à 40 um.