Brevet FR2882292A1 — publié le 20060825

Rouleau comprenant une couche en matière synthétique souple L'invention concerne un rouleau comprenant une couche de matière synthétique souple. Elle concerne plus particulièrement un tel rouleau convenant pour la mise en oeuvre de matières plastiques. Lors de la mise en oeuvre de films en matière plastique, en particulier de films minces, ayant une épaisseur inférieure à 50014 il est souvent nécessaire d'appliquer sur le film une pression importante pour maintenir sa planéité. Conventionnellement cette pression est appliquée par passage du film entre au moins deux rouleaux appliqués l'un contre l'autre. Afin d'améliorer l'effet du pressage, il est connu de presser la matière plastique entre des rouleaux dont au moins un possède une surface en matière synthétique souple 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. Toutefois, sous l'effet de l'échauffement et de l'usure, le profil de diamètres de rouleaux possédant une surface synthétique se détériore rapidement, ce qui implique leur remplacement ou réusinage. Par profil de diamètres on entend la succession de diamètres extérieurs du rouleau lorsqu'on se déplace le long de son axe. 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, et en particulier lorsque les cadences de production sont élevées, 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. De plus, les irrégularités de température de la matière synthétique provoquent des irrégularités sur le profil de diamètre du rouleau, les endroits les plus chauds comprimant davantage la couche métallique mince, qui se déforme. Cette déformation détériore l'état de surface des films mis en oeuvre. L'invention vise à fournir un rouleau comprenant une couche en matière souple qui puisse maintenir un profil de diamètres contrôlé et de bonnes performances mécaniques pendant une longue période de fonctionnement. En conséquence, l'invention concerne un rouleau ayant un profil de diamètres réglable comprenant une couche centrale entourée d'une couche en matière synthétique souple 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 mince étant accolé à un anneau principal. Dans le rouleau selon l'invention, la longueur de la couche synthétique correspond à l'addition des épaisseurs des tranches. Les tranches sont réalisées en matière synthétique souple. Par matière synthétique on entend toute matière à base de polymères, y compris par extension les matières naturelles telles que le caoutchouc ayant des propriétés semblables à certains polymères. La matière synthétique 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 préférée. D'autre part, la matière souple possède avantageusement un module en traction inférieur à 1, de préférence 0,1 GPa. Lorsqu'on utilise le rouleau, l'ensemble des tranches juxtaposées et des anneaux sont serrés ensemble. Les anneaux principaux rigides ayant une épaisseur inférieure à celle des tranches souples, en l'absence d'anneaux secondaires, les tranches sont comprimées lors du serrage, ce qui augmente leur diamètre. D'autre part, les anneaux secondaires ont avantageusement une épaisseur correspondant à la différence d'épaisseur entre les tranches et les anneaux principaux. 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, avantageusement 10, de préférence 100 fois plus rigide que la matière synthétique constituant les tranches, la mesure de rigidité étant le module d'élasticité exprimé par exemple en GPa. De ce fait, lors du serrage, les anneaux ne se déforment presque pas, relativement aux tranches souples. On peut avantageusement les réaliser en polymères à haute performance, ayant un module de traction valant au moins 10 GPa ou de préférence en matière métallique. Par suppression de certains anneaux secondaires il est donc possible de régler le profil de diamètres d'un rouleau neuf ou de corriger:les effets de l'usure d'un rouleau endommagé. Selon une forme de réalisation avantageuse du rouleau selon l'invention, la couche synthétique est recouverte d'une couche extérieure en matière rigide. La couche extérieure du rouleau selon l'invention doit être réalisée en une matière qui permette d'améliorer la 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. 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 cuivre, acier ou nickel. Dans cette forme de réalisation, la suppression sélective de certains anneaux secondaires permet d'augmenter localement la pression de la couche synthétique contre la couche extérieure, ce qui a un effet tant sur l'adhérence encre ces couches que sur le profil de diamètre du rouleau, du fait de la déformabilité de la couche extérieure. Dans un mode d'exécution recommandé de cette forme de réalisation, la couche extérieure est constituée de nickel chromé et présente une épaisseur comprise entre 0,1 et 1 mm. Dans une variante avantageuse du rouleau selon l'invention, au moins un conduit est ménagé dans la couche synthétique, substantiellement parallèlement à l'axe du rouleau, pour la circulation d'un fluide de conditionnement pressurisé et 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. Dans cette variante, la couche en matière synthétique 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. 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 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 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 cette variante, 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. Dans un mode d'exécution préféré de cette variante, la couche synthétique 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 synthétique. 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 segment 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. Dans la variante selon laquelle au moins un conduit est ménagé dans la couche synthétique, la couche centrale 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 peut convenir pour toute utilisation requérant le pressage de surfaces planes au moyen d'un rouleau usiné de manière très précise. Il convient particulièrement bien à la 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. 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. Dans ces applications, le rouleau possède typiquement, mais de manière non limitative, un diamètre valant de 150 à 400 mm, de préférence de 200 à 300 mm, et une longueur variant de 50 à 300 cm, de préférence de 100 à 250 cm. 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 2001_4 de préférence 10011. 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. 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. Selon une variante recommandée du procédé selon l'invention, au moins un conduit est ménagé dans la couche synthétique, substantiellement parallèlement à l'axe du rouleau, et un fluide y circule, le fluide étant conditionné en pression et température par une unité extérieure connectée au conduit via des moyens d'entrée et de sortie ménagés dans le rouleau. 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 a observé que lorsque le rouleau comprend une couche extérieure en matière rigide, il permet de transférer très efficacement au film produit l'état de surface de la couche extérieure. 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 deux étapes. La qualité de cette surface de contact permet de mettre en oeuvre, notamment 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 des figures annexées. La figure 1 représente un rouleau selon un mode particulier de réalisation de 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 le rouleau selon l'invention. Elle illustre les tranches (6), les anneaux principaux (7) et les anneaux secondaires (8). REVENDICATIONS 1. Rouleau ayant un profil de diamètres réglable comprenant une couche centrale entourée d'une couche en matière synthétique souple 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 mince (8) étant accolé à un anneau principal. 2. Rouleau selon la revendication précédente 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 conditionne- ment 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. 3. Rouleau selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la matière synthétique possède une dureté Shore A comprise entre 40 et 60. 4. 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. 5. Rouleau selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant une couche extérieure en matière rigide possédant un module d'élasticité supérieur à 10GPa. 6. Procédé de mise en oeuvre de film en matière plastique selon lequel le film est pressé entre deux rouleaux, au moins un rouleau étant conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5. 7. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel au moins un conduit est ménagé dans la couche synthétique, substantiellement parallèlement à l'axe du rouleau, et un fluide y circule, le fluide étant conditionné en pression et température par une unité extérieure connectée au conduit via des moyens d'entrée et de sortie ménagés dans le rouleau. 8. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le fluide est conditionné à une pression valant de 300 à 2000 kPa. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, dans lequel les deux rouleaux tournent à une vitesse périphérique différente, de manière à 5 conférer 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 la revendication 5.