Brevet FR3019487A1 — 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. 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 le remplissage des bulles à l'aide d'une atmosphère modifiée. Comme on le verra plus en détails dans ce qui suit, la solution proposée selon la présente invention se caractérise par l'adoption des caractéristiques suivantes : - on dispose d'un injecteur du gaz de remplissage positionné au niveau du rouleau conformateur de telle manière que le formage des bulles puis le scellement des deux films se fassent sous atmosphère modifiée. Les bulles peuvent être 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 (cavités) 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. - l'injection réalise une faible vitesse des gaz, préférentiellement inférieure à 1m/sec, de manière à limiter les entrées d'air par effet venturi dans la zone de scellement du film. - selon un mode préféré de mise en oeuvre de l'invention, on effectue un meilleur contrôle de la hauteur des bulles par rapport à ce que permettent les procédés existants. On peut comprendre 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. 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 hauteur des bulles finales. Pour cela on pourra par exemple réguler la température du gaz injecté par l'utilisation d'un réchauffeur, et d'un flexible chauffant avec rétroaction 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. - de façon préférée on réalise également un confinement de la zone d'injection de manière à éviter l'entrainement d'air dans la zone de scellement par la rotation du rouleau. 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 par exemple d'une couche polymère ou comportant une couche polymère ; (on parle aussi dans ce domaine technique de couche « thermo-soudable ») ; - un second film, 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 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 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 par l'intermédiaire d'un rouleau d'appui (dit aussi tenseur ou presseur ou de pincement), pour réaliser un thermoscellement du premier film sur le second film dans toutes les zones plates, hors alvéoles ; se caractérisant en ce que l'on réalise une injection d'un gaz de remplissage pour remplir de gaz les dites alvéoles, au moyen d'un injecteur 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 de préférence inférieure à 1m/sec. 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 2 0 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 25 zoom sur le positionnement de l'injecteur par rapport aux rouleaux conformateur et presseur ; - la figure 4 est une vue schématique partielle d'une installation de fabrication de films à bulles selon la présente invention, fournissant un détail d'un mode de réalisation de l'injecteur permettant une injection en deux étapes, 30 mode de réalisation où sont par ailleurs présents des moyens de confinement de la zone traitée (par des moyens déflecteurs). - la figure 5 est une vue schématique partielle d'une autre installation de fabrication de films à bulles selon la présente invention où le volet de confinement (23) situé en regard du premier film est positionné sensiblement en regard d'un rouleau de préchauffage de ce premier film. 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 2 0 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 25 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. 30 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 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 réalise une injection (20) d'un gaz de remplissage pour remplir de gaz les dites alvéoles, au moyen d'un injecteur 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. 2. Procédé selon la revendication 1, se caractérisant en ce que la vitesse du gaz projetée par l'injecteur est inférieure à 1m/sec. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, se caractérisant en ce que l'injecteur (20) réalise une injection en deux étapes :i) le gaz est injecté au travers d'un ou de plusieurs injecteurs tubulaires percé de trous de type « clarinette » (21) dans une chambre d'homogénéisation (25); j) la chambre d'homogénéisation est munie en sa partie basse d'une plaque poreuse (22), le gaz s'échappant de la chambre par cette plaque poreuse pour se diriger vers la zone de contact entre les deux films au niveau du rouleau conformateur ; les orifices du ou des injecteurs tubulaires (21) étant préférentiellement dirigés vers la partie haute de la chambre d'homogénéisation (25). 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, se caractérisant en ce que l'on réalise un confinement (23,24) de l'atmosphère apportée par l'injecteur, de manière à éviter l'entrainement d'air dans la zone de scellement par la rotation du rouleau conformateur. 5. Procédé selon la revendication 4, se caractérisant en ce que l'on réalise ledit confinement par la mise en oeuvre de volets (23/24) dont la distance par rapport aux films N° 1 et N°2 leur faisant face peut être réglée, afin de maitriser l'écoulement du gaz s'échappant par la section résiduelle entre l'extrémité des volets et les films. 6. Procédé selon la revendication 5, se caractérisant en ce que la distance du volet (24) situé en regard du second film (2) à ce second film est plus faible que la distance du volet (23) situé en regard du premier film (1) à ce premier film. 7. Procédé selon la revendication 5, se caractérisant en ce que le volet (23) situé en regard du premier film (1) est positionné sensiblement en regard d'un rouleau de préchauffage (26) de ce premier film. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, se caractérisant en ce que l'on effectue un contrôle de la hauteur des bulles après remplissage, par un contrôle et une régulation de la température du gaz apporté par l'injecteur. 9. 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 fond desquelles 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 un injecteur (20) localisé au niveau du rouleau conformateur de façon à amener du gaz de remplissage 2 0 dans la zone de contact entre les deux films au niveau du rouleau conformateur, pour remplir de gaz les dites alvéoles, et 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. 10. Installation selon la revendication 9, se caractérisant en ce que la 25 structure de l'injecteur (20) permet de réaliser une injection en deux étapes : i) l'injecteur comporte un ou plusieurs injecteurs tubulaires percé de trous de type « clarinette » (21) situés dans une chambre d'homogénéisation (25), le gaz étant ainsi injecté au travers du ou des injecteurs tubulaires dans la chambre d'homogénéisation (25); 30 j) la chambre d'homogénéisation est munie en sa partie basse d'une plaque poreuse (22), permettant au gaz de s'échapper de la chambre par cette plaque poreuse pour se diriger vers la zone de contact entre les deux films au niveau du rouleau conformateur ;les orifices du ou des injecteurs tubulaires (21) étant préférentiellement dirigés vers la partie haute de la chambre d'homogénéisation (25). 11. Installation selon la revendication 9 ou 10, se caractérisant en ce qu'elle comprend des moyens de confinement (23,24) de l'atmosphère apportée par l'injecteur, de manière à éviter l'entrainement d'air dans la zone de scellement par la rotation du rouleau conformateur. 12. Installation selon la revendication 11, se caractérisant en ce que les moyens de confinement comprennent des volets (23/24) dont la distance par rapport aux films N° 1 et N°2 leur faisant face peut être réglée, afin de maitriser l'écoulement du gaz s'échappant par la section résiduelle entre l'extrémité des volets et les films. 13. Installation selon la revendication 12, se caractérisant en ce que la distance du volet (24) situé en regard du second film (2) à ce second film est plus faible que la distance du volet (23) situé en regard du premier film (1) à ce premier film. 14. Installation selon la revendication 12, se caractérisant en ce que le volet (23) situé en regard du premier film (1) est positionné sensiblement en regard d'un rouleau de préchauffage (26) de ce premier film. 15. Installation selon l'une des revendications 9 à 14, se caractérisant en ce qu'elle comprend des moyens de contrôle et de régulation de la température du gaz apporté par l'injecteur.