Brevet FR2882294A1 — publié le 20060825

Dispositif et procédé pour conférer une structure de surface à un film en matière plastique L'invention concerne un dispositif pour conférer une structure de surface à un film en matière plastique. Elle concerne également un procédé mettant en oeuvre le dit dispositif. Dans de nombreuses applications, les films en matières plastiques doivent avoir une structure de surface. Par structure de surface on entend un état de surface non lisse mais contrôlé. Un exemple de telle structure de surface est le grainage. Des films en matière plastique grainés, outre leurs qualités esthétiques et leurs facilités ou agréments de manipulation, présentent moins de risques d'adhérence indésirable ( blocking ), notamment suite aux phénomènes électrostatiques. Certaines structures de surface peuvent également conférer des qualités optiques particulières au film. Dans certains cas, les films plastiques ne possèdent une structure de surface que sur une seule face. Toutefois, en général, il est souhaitable que les deux faces du film soient structurées. Il connu de produire en deux étapes des films en matière plastique structurés sur leur deux faces. Dans ces procédés connus, on produit séparément des films structurés sur une seule face et on les assemble dans une seconde étape, les faces non structurées étant en regard. Un tel procédé est évidemment assez coûteux. De plus, lorsque la structure de surface est destinée à conférer au film des qualités optiques particulières, les structures de surface des deux faces doivent être précisément coordonnées, ce qui complique encore la production. L'invention vise à fournir un dispositif permettant de conférer une structure de surface aux deux faces d'un film en matière plastique de manière simple et précise et permette d'obtenir des effets optiques grâce à la coordination des structures de surface des deux faces. En conséquence, l'invention concerne un dispositif comprenant deux rouleaux gravés pour conférer une structure de surface aux deux faces d'un film en matière plastique par pressage du film entre lesdits rouleaux, caractérisé en ce que au moins un des rouleaux comprend une couche centrale (1), une couche intermédiaire (2) en matière synthétique et une couche externe en matière rigide (3) dont la surface est gravée du négatif de la structure à conférer. Grâce à ce dispositif; on peut obtenir une qualité de contact entre les deux faces du film et les rouleaux permettant par exemple de grainer simultanément les deux faces du film, ce qui améliore et simplifie de manière importante les procédés connus. Dans l'invention, on entend par grainage le fait de conférer à un film un état de surface possédant une rugosité contrôlée. Cette rugosité, caractérisée par le Ra tel que mesuré selon la norme ISO4287, est avantageusement comprise entre 1 et 100 g, de préférence entre 10 et 50 g. De plus, elle possède une grande reproductibilité, de sorte que les Rai mesurés en différents endroits d'un film grainé au moyen du dispositif selon l'invention sont tels que au moins 90 % des Rai sont compris entre 0,5 avantageusement 0, 75 et 1,5 avantageusement 1,25 Ram, Ram étant la valeur moyenne des Rai. Le dispositif selon l'invention peut être intégré à tout procédé de mise en oeuvre de matières plastiques. II est particulièrement adapté aux procédés de calandrage ou d'extrusion-trempage. Dans ces applications, les rouleaux du dispositif ont typiquement mais de façon non limitative des diamètres variant de 100 à 400, de préférence de 200 à 300 mm et des longueurs variant de 50 à 300, de préférence de 100 à 250 cm. Il est tout particulièrement adapté à l'extrusion trempage, qui comprend l'extrusion d'une feuille de matière plastique au moyen d'une filière plate, la feuille étant étirée à sa sortie filière puis refroidie et amincie rapidement. Par feuille on entend dans ce mémoire tout produit plat ayant une largeur au moins 10, de préférence 100 fois supérieure à son épaisseur. Par film on entend une feuille ayant une épaisseur inférieure à un millimètre avantageusement inférieure à 300 g, de préférence 200 g, encore plus préférentiellement 100 g. De tels films ont également avantageusement une largeur supérieure à 1 mètre. Les matières plastiques peuvent être thermodurcissables ou thermoplastiques. Elles sont avantageusement thermoplastiques. Par matière plastique thermoplastique on entend une matière qui devient fluide lorsqu'elle est suffisamment chauffée, la modification de fluidité étant réversible lorsqu'elle est refroidie. On préfère les polyoléfines, les polyamides, le polychlorure de vinyle (PVC). Le dispositif conforme à l'invention est particulièrement adapté à la mise en oeuvre du PVC et du polypropylène. Le polypropylène est préféré. Selon l'invention, la couche intermédiaire, qui est de forme approximativement cylindrique, est réalisée en matière synthétique. La matière 35 sera choisie afin d'obtenir une déformabilité optimum dans les conditions de mise en oeuvre. En général, les caoutchoucs ou les élastomères à base de silicone donnent de bons résultats. Il est recommandé d'utiliser une matière synthétique ayant une dureté Shore A inférieure à 80, de préférence inférieure à 70. On préfère que la dureté soit supérieure à 20, si possible 30, les valeurs comprises entre 40 et 60 étant les plus préférées. La couche extérieure du rouleau selon l'invention doit permettre d'obtenir une bonne résistance à l'usure de la surface du rouleau et transmettre la déformabilité de la couche intermédiaire synthétique. Elle doit donc également pouvoir se déformer aisément, ce qui impose une épaisseur maximum, fonction de la matière utilisée. Cette matière doit être bon conducteur de la chaleur. Elle possède avantageusement une rigidité, mesurée par le module d'élasticité, au moins dix fois supérieure à celle de la couche intermédiaire, de préférence supérieure à 20 GPa. On peut utiliser toute matière réunissant ces conditions, telle que par exemple certain polymères à hautes performances. Toutefois, on recommande que la couche extérieure soit réalisée en métal, tel que par exemple le cuivre, l'acier ou le nickel. Dans un mode d'exécution avantageux du rouleau selon l'invention, la couche extérieure est constituée de nickel chromé et présente une épaisseur comprise entre 0,1 et 1 mm. La couche centrale du rouleau selon l'invention est destinée à lui assurer de bonnes propriétés de roulement. Elle comprend des moyens de fixation en rotation à un bâti. Ces moyens comprennent un axe ou des segments d'axes ou encore des moyens de fixation à un axe ou segments d'axe. La couche centrale est avantageusement réalisée au moins en partie au départ de métaux ayant une bonne résistance à l'usure tels que les aciers usuels. En général, il est recommandé qu'un bon contact existe entre les couches intermédiaire et extérieure. Etant donné la fine épaisseur de la couche extérieure, il est recommandé que l'intensité de ce contact le long d'une génératrice du rouleau, c. à d. ].a pression locale exercée par la couche intermédiaire sur la face intérieure de la couche extérieure soit correctement contrôlée. En effet toute différence locale de pression se manifestera par une variation, même minime, au même endroit, du diamètre extérieure du rouleau, ce qui pourrait avoir un effet néfaste sur le traitement du film. Afin de pouvoir contrôler localement cette pression, dans un mode d'exécution avantageux du dispositif selon l'invention, la couche intermédiaire est constituée de la juxtaposition de tranches annulaires, chaque tranche entourant un anneau rigide principal, possédant une épaisseur inférieure à celle de la tranche, au moins un anneau rigide secondaire optionnel étant accolé à un anneau principal. Dans ce mode d'exécution, la longueur de la couche correspond à l'addition des épaisseurs des tranches. D'autre part, l'épaisseur des anneaux secondaires correspond à la différence d'épaisseur entre les tranches et les anneaux principaux. Dans ce mode d'exécution, l'ensemble des tranches juxtaposées et des anneaux sont serrés ensemble. Lorsqu'un anneau secondaire est accolé à un anneau principal, l'anneau principal compensant la différence d'épaisseur entre la tranche et l'anneau principal, la tranche correspondante n'est pas mise en compression lors du serrage. Par contre, les tranches entourant les anneaux démunis d'anneaux secondaires seront comprimées et auront tendance à se dilater dans la direction radiale. Les anneaux sont réalisés en une matière rigide. On entend par là une matière au moins deux fois, de préférence 5 fois, plus préférentiellement 10 fois plus rigide que la matière synthétique constituant les tranches. De ce fait, lors du serrage, les anneaux ne se déforment presque pas. On peut avantageusement les réaliser en matière métallique. Lorsqu'on désire augmenter la pression de la couche intermédiaire sur la couche extérieure en un certain endroit, on supprime l'anneau secondaire qui en est le plus proche. De ce fait lorsque l'ensemble est de nouveau serré, la tranche dont on a retiré l'anneau secondaire est comprimée, ce qui augmente la pression qu'elle exerce sur la couche extérieure. On recommande, dans une variante du rouleau selon l'invention, de refroidir de manière connue la couche extérieure par contact avec un fluide circulant à l'extérieur du rouleau. On peut notamment utiliser un jet d'air ou une aspersion d'eau combinée à un moyen de séchage ou essorage, ou tout autre dispositif de conditionnement connu. Dans un autre mode d'exécution avantageux du rouleau selon l'invention, au moins un conduit est ménagé dans la couche intermédiaire, substantiellement parallèlement à l'axe du rouleau, pour la circulation d'un fluide de conditionnement pressurisé et en ce que le rouleau comprend des moyens d'entrée et de sortie du fluide, permettant la connexion du conduit à une unité extérieure de conditionnement du fluide en température et pression. Les conduits sont avantageusement réalisés en introduisant des segments de tubes souples, par exemple en élastomère de silicone, dans des orifices cylindriques ménagés dans la couche intermédiaire. Dans ce mode d'exécution, la couche intermédiaire doit avoir une épaisseur suffisante pour pouvoir y ménager au moins un conduit. On préfère qu'elle ait une épaisseur d'au moins 5, avantageusement 10 mm. L'épaisseur maximum dépend du diamètre du rouleau. Pour des rouleaux ayant un diamètre extérieur compris entre 20 et 100 cm, il est recommandé que l'épaisseur de la couche centrale ne dépasse pas un quart du diamètre extérieur du rouleau. Dans une variante avantageuse de ce mode d'exécution, la couche intermédiaire est recouverte d'une couche de protection en matière synthétique ayant une dureté supérieure à celle de la couche intermédiaire. Cette couche de protection possède avantageusement une dureté shore A supérieure à 50, de préférence 60. On recommande que sa dureté n'excède pas 100, de préférence 90, les valeurs comprises entre 60 et 80 étant les plus préférées. Cette couche de protection permet de corriger les inégalités de surface qui pourraient être créées par:la présence d'au moins un conduit dans la couche intermédiaire. Dans le mode d'exécution de l'invention dans lequel la couche intermédiaire résulte de la juxtaposition de tranches annulaires, une portion du ou des conduits est ménagée dans chaque tranche, la totalité du conduit résultant de la juxtaposition des portions de conduit. On recommande que les moyens d'entrée et sortie du fluide de conditionnement comprennent un accès aux moyens de fixation du rouleau au bâti supportant le rouleau via la couche centrale. Cette couche comprend donc avantageusement une partie des moyens d'entrée et de sortie du fluide de conditionnement, de manière à véhiculer ce dernier du ou des conduits vers l'extérieur du rouleau, via les moyens de fixation en rotation du cylindre au bâti. Dans de nombreux cas, il est préférable de ménager plusieurs conduits, avantageusement répartis de manière homogène sur la circonférence de la couche intermédiaire. On recommande que le nombre de conduits vaille au moins 10. Le fluide est avantageusement un liquide, tel que par exemple de l'eau, éventuellement additionnée d'additifs permettant de la refroidir en dessous de 0 C sans gel Le fluide circulant dans le ou les conduits possèdent une température et une pression contrôlables de manière continue par réglage de l'unité extérieure. La température du fluide est avantageusement inférieure à la température de surface que l'on désire maintenir à la surface du rouleau pendant la mise en oeuvre de la matière plastique. La circulation d'un tel fluide permet de contrôler la température de la matière synthétique, en évitant sa surchauffe pendant la mise en oeuvre. On a observé qu'un tel contrôle améliore l'adhérence entre la couche intermédiaire synthétique et la couche extérieure d'une part et entre la couche intermédiaire synthétique et la couche centrale du rouleau, d'autre part. De plus, le contrôle de la température de la matière synthétique réduit les risques de dilatation due à l'échauffement, qui modifie de manière incontrôlée le diamètre extérieur du rouleau. Lorsque le dispositif selon l'invention est utilisé pour la mise en oeuvre de matières plastiques, on obtient de la sorte une surface de contact entre le film et le rouleau qui peut être plus importante et mieux contrôlée. Les conduits ménagés dans la couche intermédiaire doivent convenir pour la circulation d'un fluide pressurisé par une unité extérieure. On entend par fluide pressurisé un fluide qui présente à son entrée dans le ou les conduits une pression au moins suffisante pour vaincre la perte de charge créée par sa circulation dans le conduit. L'unité extérieure, qui est typiquement un groupe frigorifique est donc munie d'un dispositif de mise en pression tel que par exemple une pompe de circulation. Le débit de circulation doit être suffisant pour assurer un bon conditionnement thermique de la couche intermédiaire. On recommande que le débit soit tel que la différence de température du fluide de conditionnement entre son entrée et sa sortie du rouleau soit inférieure à 10 C, avantageusement 5 C, de préférence 2 C, plus préférentiellement 1 C. Toutefois, la pression du fluide de conditionnement à l'entrée du rouleau est avantageusement supérieure à 200 kPa. On recommande qu'elle n'excède pas 3000 kPa, les valeurs préférées valant de 300 à 2000 kPa. Du fait de la pressurisation importante du fluide, nettement supérieure à celle nécessaire à la circulation du fluide, le ou les conduits se dilatent et mettent la couche intermédiaire en compression, ce qui assure un bon contact de celle-ci avec les couches extérieures et centrales. Si le fluide est suffisamment pressurisé, il est même possible que la compression de la couche intermédiaire soit seule responsable du contact entre la couche intermédiaire et la couche extérieure en ce sens que lorsque le fluide n'est plus pressurisé, il est possible d'ôter facilement la couche extérieure par glissement par rapport à la couche intermédiaire. On peut alors changer facilement de couche extérieure. Le dispositif selon l'invention permet de conférer une structure de surface simultanément aux deux faces d'un film en matière plastique. En conséquence, l'invention concerne également un procédé pour conférer 35 une structure de surface aux deux faces d'un film en matière plastique, selon lequel le film est pressé au moyen d'un dispositif conforme à l'invention. Dans un mode d'exécution avantageux du procédé selon l'invention, on utilise un dispositif dans lequel au moins un conduit (4) est ménagé dans la couche intermédiaire (2), substantiellement parallèlement à l'axe du rouleau correspondant, pour la circulation d'un fluide de conditionnement pressurisé et en ce que ce rouleau comprend des moyens d'entrée et de sortie (5) du fluide, permettant la connexion du conduit à une unité extérieure de conditionnement du fluide en température et pression. Selon une variante recommandée de ce mode d'exécution, le fluide de conditionnement est pressurisé à une pression valant de 300 à 2000 kPa. Dans ce mode d'exécution du procédé selon l'invention, on obtient une surface de contact particulièrement contrôlée entre le film et les rouleaux. La qualité de cette surface de contact permet de mettre en oeuvre, notamment laminer, des films minces sans apparition de bourrelet, en particulier des films ayant une épaisseur inférieure à 300 g, de préférence 200 g, plus préférentiellement 100 g. En utilisant des procédés et dispositifs connus il est en effet nécessaire d'exercer une pression locale plus importante sur les films pour les amincir par laminage, ce qui provoque l'apparition d'un bourrelet, c. à d. une accumulation de matière plastique fondue tournante, en amont du rouleau. La présence de tels bourrelets exclut la mise en oeuvre de films multicouches. En conséquence, dans une variante avantageuse du procédé selon l'invention, le film est un film multicouche. Un tel film peut être réalisé par enduction ou coextrusion. Enfin, l'excellent contrôle du diamètre extérieur du rouleau utilisé dans le procédé selon l'invention permet de mettre en oeuvre des films possédant des effets optiques particuliers, en imposant des vitesses périphériques légèrement différentes aux cieux rouleaux entre lesquels le film est pressé. Des particularités et détails de l'invention vont ressortir des figures annexées. La figure 1 illustre un mode d'exécution avantageux de l'invention. On y a représenté la couche intermédiaire en matière synthétique (2), la couche de protection (2'), la couche extérieure (3) et les conduits (4). Le fluide de conditionnement circulant dans les conduits est refroidi dans un groupe frigo (10) et pressurisé au moyen d'une pompe (9). Les rouleaux sont entraînés par des moteurs M1 et M2. Les figures 2 et 3 illustrent la zone de contact entre les rouleaux. La figure 4 représente plus en détail un rouleau du dispositif selon l'invention. On y a également représenté la couche centrale (1), la couche intermédiaire en matière synthétique (2), la couche de protection (2'), la couche extérieure (3), les conduits (4) et les moyens d'entrée sortie du fluide de conditionnement (5). La figure 5 illustre un mode particulier de réalisation de la couche intermédiaire. Elle illustre les tranches (6), les anneaux principaux (7) et les anneaux secondaires (8). REVENDICATIONS 1. Dispositif comprenant deux rouleaux gravés pour conférer une structure de surface aux deux faces d'un film en matière plastique par pressage du film entre lesdits rouleaux, caractérisé en ce que au moins un des rouleaux comprend une couche centrale (1), une couche intermédiaire (2) en matière synthétique et une couche externe en matière rigide (3) dont la surface est gravée du négatif de la structure à conférer. 2. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la matière synthétique possède une dureté Shore A comprise entre 40 et 60. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la couche extérieure possède une épaisseur comprise entre 0,1 et 1 mm. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la couche intermédiaire (2) est constituée de la juxtaposition de tranches annulaires (6), chaque tranche entourant un anneau rigide principal (7), possédant une épaisseur inférieure à celle de la tranche, au moins un anneau rigide secondaire optionnel (8) étant accolé à un anneau principal. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que au moins un conduit (4) est ménagé dans la couche intermédiaire (2), substantiellement parallèlement à l'axe du rouleau, pour la circulation d'un fluide de conditionnement pressurisé et en ce que ce rouleau comprend des moyens d'entrée et de sortie (5) du fluide, permettant la connexion du conduit à une unité extérieure de conditionnement du fluide en température et pression. 6. Dispositif selon la revendication précédente caractérisé en ce que la couche intermédiaire (2) comprenant au moins un conduit (4) est recouverte d'une couche de protection (2') en matière synthétique ayant une dureté supérieure à celle de la couche intermédiaire. - 10- 7. Procédé pour conférer une structure de surface aux deux faces d'un film en matière plastique, selon lequel le film est pressé au moyen d'un dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6. 8. Procédé pour conférer une structure de surface aux deux faces d'un film en matière plastique, selon lequel le film est pressé au moyen d'un dispositif conforme à l'une des revendications 5 ou 6 dans lequel circule un fluide de conditionnement pressurisé.. 9. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le fluide de conditionnement est pressurisé à une pression valant de 300 à 2000 kPa. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 9 dans lequel les deux rouleaux tournent à une vitesse périphérique différente, de manière à conférer des effets optiques au film.