Brevet FR2882293A1 — publié le 20060825

Rouleau pour la mise en oeuvre de films en matière plastique L'invention concerne un rouleau pour la mise en oeuvre de films en matière plastique. Lors de la mise en oeuvre de films en matière plastique, en particulier de films minces, ayant une épaisseur inférieure à 500 , il est nécessaire d'appliquer une pression importante sur de la matière plastique fondue afin de réduire son épaisseur. Conventionnellement cette pression est appliquée par passage de la matière fondue entre au moins deux rouleaux appliqués l'un contre l'autre. Les propriétés rhéologiques des matières plastiques fondues rendent difficile toute déformation extrêmement rapide de celles-ci, sous peine d'obtenir des défauts de surface sur le film, en particulier lorsque les cadences de production sont élevées. Afin de réduire la vitesse de déformation, il est connu de presser la matière fondue entre des rouleaux dont au moins un possède une surface en matière synthétique déformable telle que du caoutchouc, recouvrant un coeur métallique, de manière à obtenir une plus grande surface'de contact entre les rouleaux lorsque ceux-ci sont pressés l'un contre l'autre. L'écrasement de la matière fondue se faisant sur une distance plus longue, on obtient ainsi une déformation plus lente de la matière fondue et en voie de conséquence un meilleur état de surface. Toutefois, l'état de surface de rouleaux ayant une surface en matière synthétique déformable se détériore rapidement, ce qui requiert de le remplacer ou tout au moins entretenir régulièrement. Dans EP0763667, on propose de recouvrir la couche en matière synthétique par une couche métallique mince, également déformable. L'adhérence entre les différentes couches y est assurée par la différence du coefficient de dilatation thermique entre la matière synthétique et les matières métalliques. Cependant, on a observé qu'après un certain temps de fonctionnement, il est très difficile de maintenir simultanément une bonne adhérence entre la couche synthétique et la couche métallique extérieure d'une part et entre la couche synthétique et le coeur métallique du rouleau, d'autre part. L'invention vise à fournir un rouleau pour la mise en oeuvre de films en matière plastique, qui permette d'obtenir des films minces ayant un bon état de surface, à des cadences de production élevées et qui maintienne de bonnes performances mécaniques sans entretien pendant une longue période de fonctionnement. En conséquence, l'invention concerne un rouleau pouvant convenir pour la mise en oeuvre de films en matière plastique, le rouleau comprenant une couche centrale, une couche intermédiaire en matière synthétique et une couche externe métallique, le rouleau se caractérisant en ce que 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. Le rouleau selon l'invention peut convenir pour toute mise en oeuvre de matières plastiques nécessitant une étape de pressage utilisant au moins un rouleau. Il est particulièrement adapté aux procédés de calandrage ou d'extrusion-trempage. Typiquement, le rouleau possède un diamètre compris entre 150 et 400 mm, de préférence entre 200 et 300 mm et une longueur comprise entre 50 et 300 cm, de préférence entre 100 et 250 cm. Dans ces procédés la matière plastique est pressée entre au moins deux rouleaux dont au moins un est avantageusement conforme à l'invention. Le rouleau 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 pressage entre un rouleau selon l'invention et un rouleau métallique froid conventionnel. 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. Le rouleau selon l'invention convient spécialement à la mise en oeuvre de films ayant une épaisseur inférieure à 200 , de préférence 100 . 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 rouleau 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 est réalisée en matière synthétique. La matière sera choisie afin d'obtenir une déformabilité optimum dans les conditions de mise en oeuvre. En générai, 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. Il est recommandé que la matière synthétique soit chargée de particules améliorant sa conductivité thermique (p.ex. noir de carbone). Dans une variante avantageuse du rouleau selon l'invention, la couche intermédiaire comprenant au moins un conduit 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. Cette couche intermédiaire doit voir 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 50 cm, il est recommandé que l'épaisseur de la couche centrale ne dépasse pas un quart du diamètre extérieur 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. Le rouleau comprend d'autre part des moyens d'entrée et sortie du fluide permettant la connexion du ou des conduits à une unité extérieure de conditionnement du fluide en pression et température. On recommande que les moyens d'entrée et sortie soient intégrés aux moyens de fixation du rouleau au bâti supportant le rouleau. Dans de nombreux cas, il est préférable de ménager plusieurs conduits, avantageusement répartis de manière homogène sur la circonférence de la couche 35 intermédiaire. On recommande que le nombre de conduits soit supérieur à 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 possède donc 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 rouleau 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 cylindre qui peut être plus importante et mieux contrôlée. Dans le rouleau conforme à l'invention, les conduits conviennent 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. 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. L'unité extérieure, qui est typiquement un groupe frigorifique est 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, lorsque le rouleau est en fonctionnement, 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. On peut alors changer facilement la couche extérieure. Toutefois, en général, il est recommandé qu'un certain contact subsiste entre les couches intermédiaire et extérieure, même lorsque le fluide n'est plus pressurisé. -Etant donné la souplesse de la couche extérieure, il est recommandé que l'intensité de ce contact le long d'une génératrice du rouleau, c'est-à-dire la 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 extérieur du rouleau, ce qui pourrait avoir un effet néfaste sur la mise en oeuvre du film. Afin de pouvoir contrôler localement cette pression, dans un mode d'exécution avantageux du rouleau 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. Lorsque 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 nettement plus rigide que la matière synthétique constituant les tranches (ayant un module d'élasticité au moins 10 fois supérieur). 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. Dans ce mode d'exécution une portion du ou des conduits est ménagée dans chaque tranche, la totalité du conduit résultant de la juxtaposition des portions de conduit. La couche extérieure du rouleau selon l'invention doit être réalisée en une matière rigide, ayant un module d'élasticité supérieur à 10 GPa, qui permette d'obtenir une bonne résistance à l'usure de la surface du rouleau et doit pouvoir 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. 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 acier, cuivre, nickel. Dans un mode d'exécution avantageux du rouleau selon l'invention, la couche extérieure est constituée de nickel chromé et présente une épaisseur 20 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. Elle comprend 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, de préférence via les moyens de fixation en rotation du cylindre au bâti. Le rouleau selon l'invention est particulièrement adapté à la mise en oeuvre de films minces en matière plastique. En conséquence, l'invention concerne également un procédé de mise en oeuvre de film en matière plastique selon lequel le film est pressé entre une surface rigide et un rouleau conforme à l'invention dans lequel circule un fluide de conditionnement pressurisé. La surface rigide est avantageusement un second rouleau qui possède de préférence une surface métallique et est préférentiellement également conforme à l'invention. Dans un mode d'exécution avantageux du procédé selon l'invention, le fluide de conditionnement est pressurisé à une pression valant de 300 à 2000 kPa. On recommande, dans une variante du procédé 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. On a observé que de manière étonnante, le rouleau conforme à l'invention permet de transférer au film produit l'état de surface de la couche extérieure du rouleau. Lorsque cette dernière est polie et que le rouleau est pressé contre un rouleau conventionnel également poli, on peut obtenir un film possédant deux faces brillantes. Lorsque les deux rouleaux sont grainés, c'est-à-dire possèdent un état de surface granuleux, cet état de surface peut également être transféré en une seule étape aux deux faces du film. L'invention concerne dès lors également un procédé de grainage des deux faces d'un film, selon lequel un film est pressé entre deux rouleaux présentant un état de surface granuleux, au moins un des rouleaux étant conforme à l'invention. Lorsqu'au moins un des rouleaux est conforme à l'invention, on obtient une surface de contact entre le film et les cylindres qui est contrôlée et suffisante pour opérer le transfert d'état de surface, ce qui était impossible avec les rouleaux connus. De ce fait il est possible de grainer simultanément les deux faces du film, ce qui simplifie de manière importante les procédés connus qui nécessitaient cieux étapes. La qualité de cette surface de contact permet de mettre en oeuvre, notamment de laminer, des films minces sans apparition de bourrelet. En utilisant des rouleaux 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'est-à-dire 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 selon l'invention permet de mettre en oeuvre des films possédant des effets optiques particuliers, en imposant des vitesses périphériques légèrement différentes aux deux rouleaux entre lesquels le film est pressé. Des particularités et détails de l'invention vont ressortir de la description suivante des figures annexées. La figure 1 représente un rouleau selon l'invention. On y a 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 2 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. Rouleau pouvant convenir pour la mise en oeuvre de films en matière plastique, le rouleau comprenant une couche centrale (1), une couche intermédiaire (2) en matière synthétique et une couche externe en matière rigide (3) 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 le 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. 2. Rouleau selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la matière synthétique possède une dureté Shore A comprise entre 40 et 60. 3. Rouleau selon l'une quelconque des revendications précédentes 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. 4. Rouleau selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la couche extérieure possède une épaisseur comprise entre 0,1 et l mm. 5. Rouleau 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. 6. Procédé de mise en oeuvre de film en matière plastique selon lequel le film est pressé entre une surface et un rouleau conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel circule un fluide de conditionnement pressurisé. 7. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le fluide de conditionnement est pressurisé à une pression valant de 300 à 2000 kPa 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, dans lequel la surface est un second rouleau. 9. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel les deux rouleaux tournent à une vitesse périphérique différente, de manière à conférer 5 des effets optiques au film. 10. Procédé de grainage des deux faces d'un film, selon lequel un film est pressé entre deux rouleaux présentant un état de surface granuleux, au moins un des rouleaux étant conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5.