Brevet FR3019488A1 — publié le 20151009

La présente invention concerne le domaine de ce que l'on appelle les « films à bulles » et s'intéresse tout particulièrement aux procédés et équipements de mise en place d'une atmosphère modifiée à l'intérieur des « bulles » (ou alvéoles) d'un tel film à bulles. Un film à bulles est constitué d'hémisphères protubérants remplis d'un gaz (en l'état de la technique actuelle le gaz est de l'air), les « bulles », régulièrement espacés pour former une sorte de coussin, films bien connus notamment pour protéger les objets précieux ou fragiles lors de leur transport. Techniquement, ces films à bulles sont généralement constitués d'une structure multicouche comportant : - un premier film, que l'on peut qualifier de « film de base », premier film généralement multicouches, formé d'une couche polymère revêtue d'une couche métallique, mais ce film de base peut également être une simple monocouche polymère ; - un second film, généralement formé d'une monocouche polymère, - le second film est joint en des régions de contact au premier film sur une face de ce premier film, le premier film et le second film formant ainsi en dehors de ces régions de contact une pluralité d'alvéoles, entourées chacune par une partie d'une région de contact, chaque alvéole étant fermée et présentant un sommet et étant remplie de gaz, le plus souvent d'air. Mais plus récemment, d'autres applications que le transport d'objets fragiles ont été envisagées notamment en modifiant la nature de l'atmosphère à l'intérieur des bulles, par exemple en remplissant les bulles avec un gaz ayant des propriétés d'isolation thermique et phonique tel l'argon, le krypton, ou le xénon. Les équipements de fabrication de tels films à bulles mettent en oeuvre typiquement le procédé suivant : i) le second film passe sur un cylindre (ou rouleau), muni de cavités hémisphériques au fond desquelles, par un ou plusieurs minuscules orifices, est réalisée une aspiration, ce rouleau formateur des bulles est souvent appelé « rouleau conformateur ». Le second film peut parfois subir un préchauffage en amont de son arrivée sur le rouleau conformateur. Le film prend sur ce rouleau conformateur muni de cavités une forme bosselée. Il faut noter que les moyens pour apporter de la chaleur à l'un ou l'autre des films en vue du thermo-scellement ultérieur (la chaleur permet également la déformation du film sur le rouleau conformateur pour créer les alvéoles) peuvent être variés, et notamment on trouve dans cette industrie les moyens suivants : > le passage de l'un et/ou l'autre des films sur des rouleaux de préchauffage situés en amont du rouleau conformateur ; ou encore > le soufflage d'air chaud dans la zone de rencontre entre les deux films. j) le premier film (film de base) est amené au contact du second film sur une région du rouleau conformateur, par l'intermédiaire d'un rouleau d'appui (que l'on peut appeler « tenseur » ou « presseur » ou « de pincement », mais cette industrie nomme généralement ce rouleau « rouleau nip-roll »), pour réaliser un thermo-scellement du premier film sur le second film dans toutes les zones « plates » (hors cavités). Dans les installations existantes, les différents substrats du complexe final (les différentes couches de chaque film s'ils sont multicouches, ou chaque film si les films sont monocouches) sont présentés sous forme de rouleaux, ils sont mis en ligne via un système de dérouleurs puis sont formés, thermosoudés, laminés...voire découpés en ligne puis rembobinés en fin de ligne sur des rouleaux de fin de ligne. La figure 1 annexée illustre un exemple d'installation existante de fabrication de films à bulles, avec bulles sous air, exemple où le film de base est constitué d'un laminé de deux substrats. La figure 2 offre une vue simplifiée globale d'un autre exemple d'installation existante de fabrication de films à 3 0 bulles, avec bulles sous air. On constate alors que les techniques habituellement utilisées pour la réalisation de film à bulles « sous air » ne sont pas adaptées à la réalisation de films à bulles sous atmosphère modifiée. Les machines existantes nécessitent d'être modifiées de manière à réduire à des niveaux économiquement acceptables la consommation en gaz pour le remplissage des bulles, et cette problématique est d'autant plus importante que le cout du gaz de remplissage est élevé dans le cas des mélanges à base de gaz nobles tels l'argon et le krypton pour réaliser des films à bulles ayant des propriétés d'isolation thermique. Mais par ailleurs, une autre difficulté technique de cette application réside dans un meilleur contrôle de la hauteur des bulles par rapport à ce que permettent les procédés existants. On peut comprendre en effet qu'il y a un intérêt important à ne pas trop remplir les bulles pour que celles-ci puissent se déformer pour former un matelas homogène ayant une épaisseur maitrisée, et cette préoccupation est d'autant plus vive quand il s'agit de remplir les alvéoles à l'aide de gaz nobles ou de mélanges de tels gaz, mais elle existe même quand les alvéoles sont tout simplement remplies d'air. Un des objectifs à la base de la présente invention est donc de proposer un nouveau procédé, et son dispositif associé, de fabrication de films à bulles permettant un meilleur contrôle de la hauteur des bulles formées par rapport à ce que permettent les techniques existantes, que les bulles soient remplies d'air comme c'est classiquement le cas ou que les bulles soient remplies à l'aide d'une atmosphère modifiée (synthétique). Cette hauteur est liée d'une part à la structure des cavités du rouleau « conformateur » et d'autre part à la quantité de gaz emprisonnée dans les bulles. Et c'est le mérite des travaux menés par la Demanderesse d'avoir démontré qu'il est - à cette fin - avantageux de maitriser la température du gaz injecté dans les bulles pour contrôler la quantité de gaz emprisonnée et donc la 3 0 hauteur des bulles finales. L'invention concerne alors un procédé de fabrication de films à bulles, films du type étant constitués d'une structure multicouches comportant au moins : - un premier film, dit film de base, formé d'une couche polymère ou 5 comportant une couche polymère ; - un second film, formé d'une couche polymère ou comportant une couche polymère ; - le second film étant joint en des régions de contact au premier film sur une face de ce premier film, le premier film et le second film formant ainsi en 10 dehors des régions de contact une pluralité d'alvéoles entourées chacune par une portion de région de contact, chaque alvéole étant fermée et présentant un sommet et étant remplie de gaz, le plus souvent d'air ; procédé qui comprend les étapes suivantes : - le second film passe sur un rouleau, dit rouleau conformateur, muni de 15 cavités au fond desquelles est réalisée une aspiration, permettant de conférer au second film une forme alvéolée ; - le premier film (de base) est amené au contact du second film sur une région du rouleau conformateur, pour réaliser un scellement du premier film sur le second film dans toutes les zones plates, hors alvéoles ; 20 se caractérisant en ce que l'on effectue un contrôle et une régulation de la température du gaz qui remplit les alvéoles. Selon un des modes de mise en oeuvre de l'invention, le gaz remplissant les alvéoles est de l'air. 25 Selon un autre des modes de réalisation de l'invention, on réalise une injection d'un gaz de remplissage qui est une atmosphère contrôlée différente de l'air, pour remplir de gaz les dites alvéoles, ceci au moyen d'un injecteur localisé au niveau du rouleau conformateur de façon à amener du gaz dans la 30 zone de contact entre les deux films au niveau du rouleau conformateur. Selon un mode préféré de mise en oeuvre de l'invention, l'injecteur est localisé au niveau du rouleau conformateur de façon à amener du gaz dans la zone de contact entre les deux films au niveau du rouleau conformateur, afin que le formage des alvéoles par le rouleau conformateur et le scellement des deux films se fassent sous atmosphère contrôlée constituée par ledit gaz de remplissage, la vitesse du gaz projetée par l'injecteur étant préférentiellement inférieure à 1m/sec. Les bulles sont ainsi formées directement avec l'atmosphère désirée. En d'autres termes, la position de l'injecteur est telle que la zone recevant l'atmosphère contrôlée s'étend depuis la formation des bulles sur le rouleau jusqu'au scellement des deux films, dès lors la technique proposée par l'invention n'implémente pas le remplissage des alvéoles en substitution d'un autre gaz (l'air en l'occurrence) mais le formage des bulles directement sous l'atmosphère désirée. Selon un des modes de mise en oeuvre de l'invention, on contrôle et régule la température du gaz injecté par l'utilisation d'un réchauffeur du gaz, et d'un flexible chauffant. Selon un des modes de mise en oeuvre de l'invention, on met en oeuvre une rétroaction, sur les paramètres de fonctionnement du réchauffeur et/ou du flexible chauffant ou de façon plus générale sur le moyen de chauffage du gaz (air ou gaz différent de l'air enfermé dans les alvéoles) en fonction d'une mesure de température du gaz en un point aval, par exemple à la sortie de l'injecteur, entre l'injecteur et le rouleau conformateur, actions de chauffage et régulation que l'homme du métier des gaz connaît en soi, en dehors du contexte du présente domaine d'invention. L'homme du métier connait en effet des moyens de chauffage d'un gaz très variés et commercialement disponibles, qui pourront être utilisés dans le cadre de la présente invention. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement dans la description suivante, donnée à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec les dessins annexés pour lesquels : - la figure 1 est une vue schématique partielle d'une installation de fabrication de films à bulles selon l'art antérieur ; - la figure 2 est une vue schématique partielle d'une autre installation de fabrication de films à bulles selon l'art antérieur ; la figure 3 est une vue schématique partielle d'une installation de fabrication de films à bulles selon la présente invention, la vue fournissant un zoom sur le positionnement de l'injecteur par rapport aux rouleaux conformateur et presseur ; - la figure 4 est une vue de détail d'un mode de réalisation de l'injecteur, mode de réalisation où sont par ailleurs présents des moyens de confinement de la zone traitée (par des moyens déflecteurs). - La figure 5 illustre un mode de positionnement préféré du volet 23, situé sensiblement en face d'un rouleau de préchauffage du film de base. La figure 1 est donc une vue schématique partielle d'une installation de fabrication de films à bulles selon l'art antérieur, où l'on reconnaît les éléments suivants : - le 1 er film (1 film de base) est pour ce mode de mise en oeuvre selon l'art antérieur constitué d'un laminé de deux substrats 1 a et 1 b ; - le film 1, en aval d'un laminage (3) est amené dans la zone du rouleau conformateur 10 après être passé sur un rouleau de préchauffage 4 ; - le 2d film (2), destiné à être alvéolé, est amené dans la zone du rouleau conformateur 10 également après être passé sur un rouleau de préchauffage 5; - on note sur cette figure 1 le fait que les moyens pour apporter de la chaleur à l'un ou l'autre des films, en plus des rouleaux de préchauffage, en vue du thermo-scellement ultérieur, comportent ici également la présence de moyens 6 de soufflage d'air chaud dans la zone de rencontre entre les deux films 1 et 2 ; - la référence 11 désigne le rouleau « de scellement » (dit aussi tenseur ou presseur ou de pincement etc...), faisant face au rouleau conformateur, les deux films 1 et 2 passant entre les deux rouleaux 10 et 11 ; - la référence 7 désigne la zone d'aspiration, permettant de réaliser une aspiration par le fond des cavités du rouleau conformateur, permettant de conférer au film 2 une forme alvéolée. On note que sur cette représentation schématique, la zone 7 est définie par une part de « camembert ». C'est dans cette zone qu'a lieu l'aspiration par des orifices situés dans le fond des cavités. La conception du rouleau est telle que ce « camembert » ne tourne pas alors que le rouleau 10, lui, tourne. Ce qui a pour conséquence que les alvéoles sont soumises à l'aspiration uniquement dans la zone définie. La figure 2 est une vue schématique partielle d'une autre installation de fabrication de films à bulles selon l'art antérieur, qui permet de visualiser de façon simple les différentes zones traversées par les deux films 1 et 2 : - la zone des dérouleurs, amenant les substrats 1 et 2 dans la zone du rouleau conformateur ; - la zone du rouleau conformateur 10 et du rouleau de scellement 11 ; - et en aval la zone de l'enrouleur où le film à bulle fabriqué va aller s'enrouler La figure 3 est une vue schématique partielle d'une installation de fabrication de films à bulles selon la présente invention, la vue fournissant un zoom sur le positionnement de l'injecteur 20 par rapport au rouleau conformateur 10 et la figure 4 fournit une vue de détail d'un mode de réalisation de l'injecteur d'une part, mode où sont par ailleurs présents selon une option avantageuse de l'invention des moyens de confinement de la zone traitée (par des moyens déflecteurs 23/24) : - l'injecteur 20 est positionné de manière que le formage des bulles sur le rouleau 10 se fasse en présence de l'atmosphère désirée. L'injecteur est donc positionné à la croisée du rouleau de formage 10 et du rouleau de scellement 11. L'injecteur 20 permet de réaliser un espace relativement confiné délimité par le film polymère déformé 2 formant les bulles et le film de base 1. - des volets réglables 23/24 permettent de fermer l'espace de confinement. Leur positionnement et rôle est extrêmement avantageux pour maitriser l'écoulement du gaz et notamment permettre qu'un minimum de gaz s'échappe par la section résiduelle entre l'extrémité des volets et les films. On peut faire varier ces sections et ainsi favoriser l'extraction des gaz d'un coté ou de l'autre. Au final, le réglage de ces sections, associé au réglage du débit injecté, permet une optimisation de la consommation selon le cahier des charges de la fabrication. En effet, le déplacement du film et la rotation des rouleaux sont des causes probables d'entrées d'air dues aux mouvements naturels du système, qui entrainent l'atmosphère vers la section de sortie formée par le volet 23 .0n peut dès lors contrer ce mouvement naturel par le réglage des volets 23 et 24 et le débit injecté. Détaillons ce qui précède : - comme on l'a signalé, il est avantageux de régler les sections d'échappement du gaz, sections générées par les volets 23/24. Préférentiellement, la section générée par le volet 24 est réglée plus faible que celle générée par le volet 23 de manière à orienter l'écoulement du gaz vers le volet 23. Mais il est préférable de maintenir les deux volets réglables pour pouvoir régler une surpression suffisante pour contrecarrer le risque d'entrée d'air naturelle par le volet 24 due à la rotation du rouleau de formage 10. - selon un mode de réalisation préféré de l'invention, on positionne le volet 23 au niveau du rouleau de préchauffage du film de base (film 1) en amont du rouleau conformateur, de manière à pourvoir régler l'ouverture de ce volet 23 avec plus de précision en évitant les vibrations du film (évitement que favorise la présence du rouleau de préchauffage). La figure 5 illustre ce mode de positionnement préféré. Le volet 23 est situé sensiblement en face du rouleau de préchauffage. - comme on le visualise sur le mode de réalisation de l'injecteur représenté ici (en figure 4 et 5), l'injection s'effectue ici en deux étapes : le gaz est injecté au travers d'un injecteur tubulaire percé de trous (« clarinette » 21) dans une chambre d'homogénéisation (25) puis il traverse une plaque poreuse 22 (par exemple ayant une porosité de 5 à 50 microns). La figure montre un seul injecteur 21 mais on pourra mettre en oeuvre plusieurs de ces injecteurs en série ou parallèle, préférentiellement leurs orifices sont dirigés vers le haut de la chambre d'expansion 25. Ce dispositif permet d'obtenir une injection à très faible vitesse (préférentiellement inférieure à 1 m/s), et homogène en contrebas de la plaque 22. Mais selon un autre mode de mise en oeuvre, on pourrait utiliser plus simplement un tube poreux (par exemple de porosité allant de 5 à 50 microns) à la place de l'injection tubulaire à orifices 21 et dans ce cas on pourrait supprimer la plaque poreuse 22. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication de films à bulles, films du type étant constitués d'une structure multicouches comportant au moins : - un premier film (1), dit film de base, formé par exemple d'une couche polymère ou comportant une couche polymère ; - un second film (2), formé par exemple d'une couche polymère ou comportant une couche polymère ; - le second film étant joint en des régions de contact au premier film sur une face de ce premier film, le premier film et le second film formant ainsi en dehors de ces régions de contact une pluralité d'alvéoles entourées chacune par une partie d'une région de contact, chaque alvéole étant fermée et présentant un sommet et étant remplie de gaz, le plus souvent d'air ; procédé qui comprend les étapes suivantes : - le second film passe sur un rouleau (10), dit rouleau conformateur, muni de cavités au fond desquelles est réalisée une aspiration (7), permettant de conférer au second film une forme alvéolée ; - le premier film (de base) est amené au contact du second film sur une région du rouleau conformateur (10) par l'intermédiaire d'un rouleau de 2 0 pincement (11), pour réaliser un thermo-scellement du premier film sur le second film dans toutes les zones plates, hors alvéoles ; se caractérisant en ce que l'on effectue un contrôle et une régulation de la température du gaz qui remplit les alvéoles. 25 2. Procédé selon la revendication 1, se caractérisant en ce que le gaz remplissant les alvéoles est de l'air. 3. Procédé selon la revendication 1, se caractérisant en ce que l'on réalise une injection d'un gaz de remplissage qui est une atmosphère contrôlée 30 différente de l'air, pour remplir de gaz les dites alvéoles, ceci au moyen d'un injecteur (20) localisé au niveau du rouleau conformateur de façon à amener du gaz dans la zone de contact entre les deux films au niveau du rouleau conformateur. 4. Procédé selon la revendication 3, se caractérisant en ce que l'injecteur est localisé au niveau du rouleau conformateur de façon à amener du gaz dans la zone de contact entre les deux films au niveau du rouleau conformateur, afin que le formage des alvéoles par le rouleau conformateur et le scellement des deux films se fassent sous atmosphère contrôlée constituée par ledit gaz de remplissage. 5. Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, se caractérisant en ce que l'on contrôle et régule la température du gaz injecté par l'utilisation d'un réchauffeur de gaz, et d'un flexible chauffant. 6. Procédé selon l'une des revendications 2 à 5, se caractérisant en ce que l'on met en oeuvre une régulation et rétroaction en fonction d'une mesure de température du gaz en un point aval, par exemple à la sortie de l'injecteur d'air ou de gaz (20) entre l'injecteur et le rouleau conformateur, pour rétroagir sur les paramètres de chauffage de l'air injecté ou sur les paramètres de fonctionnement du réchauffeur du gaz et/ou du flexible chauffant. 7. Installation de fabrication de films à bulles, films du type étant constitués d'une structure multicouches comportant au moins : - un premier film (1), dit film de base, formé par exemple d'une couche polymère ou comportant une couche polymère ; - un second film (2), formé par exemple d'une couche polymère ou comportant une couche polymère ; - le second film étant joint en des régions de contact au premier film sur une face de ce premier film, le premier film et le second film formant ainsi en dehors de ces régions de contact une pluralité d'alvéoles entourées chacune par une partie d'une région de contact, chaque alvéole étant fermée et présentant un sommet et étant remplie de gaz, le plus souvent d'air ; installation qui comprend: - un rouleau (10), dit rouleau conformateur, sur lequel est apte à passer le second film, rouleau conformateur qui est muni de cavités au fonddesquelles est réalisée une aspiration (7), permettant de conférer au second film une forme alvéolée ; - un rouleau de pincement (11), sur lequel est apte à passer le premier film (de base), pour être amené au contact du second film sur une région du rouleau conformateur (10) par l'intermédiaire de ce rouleau de pincement (11), pour réaliser un thermo-scellement du premier film sur le second film dans toutes les zones plates, hors alvéoles ; se caractérisant en ce qu'elle comprend des moyens de contrôle et de régulation de la température du gaz qui remplit les alvéoles. 8. Installation selon la revendication 7, se caractérisant en ce que le gaz remplissant les alvéoles est de l'air. 9. Installation selon la revendication 7, se caractérisant en ce que le gaz de remplissage est une atmosphère contrôlée différente de l'air, pour remplir de gaz les dites alvéoles, et en ce que l'installation comprend un injecteur (20) localisé au niveau du rouleau conformateur de façon à amener du gaz dans la zone de contact entre les deux films au niveau du rouleau conformateur. 10. Installation selon la revendication 9, se caractérisant en ce que l'injecteur est localisé au niveau du rouleau conformateur de façon à amener du gaz dans la zone de contact entre les deux films au niveau du rouleau conformateur, afin que le formage des alvéoles par le rouleau conformateur et le scellement des deux films se fassent sous atmosphère contrôlée constituée par ledit gaz de remplissage. 11. Installation selon l'une des revendications 8 à 10, se caractérisant en ce que les moyens de contrôle et de régulation de la température du gaz qui remplit les alvéoles comprennent un réchauffeur du gaz, et un flexible chauffant. 12. Installation selon l'une des revendications 8 à 11, se caractérisant en ce que les moyens de contrôle et de régulation de la température du gaz qui remplit les alvéoles comprennent des moyens permettant une mesure de la température du gaz entre un injecteur d'air ou de gaz et le rouleau conformateur, et des moyens permettant une rétroaction, en fonction de cette mesure de température, sur des paramètres de chauffage du gaz. 13. Installation selon la revendication 11, se caractérisant en ce que les moyens de contrôle et de régulation de la température du gaz qui remplit les alvéoles comprennent des moyens permettant une mesure de la température du gaz entre l'injecteur de gaz (20) et le rouleau conformateur, et des moyens permettant une rétroaction, en fonction de cette mesure de température, sur les paramètres de fonctionnement du réchauffeur et/ou du flexible chauffant.15