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Procédé pour la fabrication de fils en caoutchouc.
La présente invention concerne la fabrication indus- trielle de fils en caoutchouc et à peu de frais. Quoiqu'elle ne soit pas limitée à la production de fils fins, elle est plus particulièrement destinée à cet objet.
L'un des buts du procédé suivant l'invention est d'as- surer une uniformité exceptionnelle du fil achevé, ce qui est obtenu par un mode perfectionné de relâchement et de vulcanisation d'un certain nombre de fils obtenus par décou- page sous forme de fils d'une bande de caoutchouc non vulcanisé.
Après découpage de cette bande en fils d'une section relative- ment importante, ces fils sont étirés en vue de la réduction de la section jusqu'à un degré désiré. Mais l'étirage des fils en caoutchouc non vulcanisé fait naître dans celui-ci des con- traintes et des tensions qui doivent être éliminées, avant la vulcanisation finale des fils, cette opération étant appelée
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relâchement du caoutchouc. Le procédé décrit ci-après maintient les fils à l'état d'allongement, pendant une période suffisante pour permettre l'élimination des cortraintes intérieures. Dans un mode de mise en oeuvre préféré, les fils sont maintenus dans leur position fixe tandis qu'ils son; soumis à l'action de la chaleur qui vulcanise les fils sans aucune manipulation inter- médiaire.
Cette manière de procéder enpêche la déformation ou détérioration des fils pendant que le caoutchouc est maintenu dans un état de très haute sensibilité dans lequel il est très exposé à la déformation ou à la détérioration. L'ensemble du procédé est mis en oeuvre d'une manière continue de sorte que la fabrication a lieu sans aucune interruption. Il en résulte qu'il est ainsi possible de produire à peu de frais des fils très fins et d'une régularité remarquable.
Accessoirement, les fils achevés peuvent être munis d'un revêtement protecteur qui les met à l'abri de l'oxygène au cours de la vulcanisation. Ce revêtement facilite également leur glissement à travers les aiguilles de métiers de bonneterie, ce qui réduit les pertes de temps ennuyeuses et coûteuses qui résul- tent généralement de la confection de tricots élastiques. Ceci constitue un avantage industriel très important. La pellicule de cire ou d'une matière similaire formant le revêtement protec- teur réduit également la tendance des fils à adhérer les uns aux autres dans les empaquetages finals.
Un autre but de l'invention est d'éviter les pertes très appréciables de caoutchouc résultant des procédés industriels ordinaires utilisés pour la fabrication de fils en caoutchouc par découpage. Les pertes de caoutchouc entraînées par tous les procédés connus pour la fabrication de fils en caoutchouc par découpage sont principalement dues au fait que le caoutchouc est découpé après la vulcanisation et que les déchets de recti- fication, inévitables dans tous les procédés de découpage des fils, ne peuvent être traités à nouveau. Dans la fabrication des
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fils par les procédés couramment employés jusqu'ici, les dé- chets de l'opération de découpage atteignent fréquemment 30%, ce qui représente une perte économique immense.
Dans le procédé décrit ci-après, tout le caoutchouc provenant de la rectification, ainsi que les déchets résultant du découpage de la bande de caoutchouc, peuvent être réintroduits dans le procédé et traités à nouveau. Ceci est possible parce que la matière première est découpée avant la vulcanisation du caoutchouc, la composition de cette matière première étant telle qu'au moins un élément essentiel à la vulcanisation soit inerte ou non ajouté tant que cette matière première n'est pas trans- formée en fils.
Un autre avantage de ce procédé consiste en ce qu'il est possible d'obtenir des fils en caoutchouc très fins et en grande quantité, avec un minimum de main-d'oeuvre et de contrôle technique. Il présente également cet autre avantage qu'il per- met au fabricant de produire des fils en longueurs continues très supérieures à celles qu'il était possible d'obtenir avec les procédés antérieurement connus. Cet avantage est très apprécia- ble, parce qu'il réduit les dépenses et les pertes de temps qui résultent généralement du découpage des fils.
Un autre avantage provient de ce que les déchets de rec- tification et ceux résultant du découpage sont utilisés pour former de nouvelles charges, ce qui assure une grande amélio- ration de la qualité du caoutchouc. En effet, on a constaté que les matières premières contenant une proportion apprécia- ble de déchets récupérés présentent de meilleures propriétés de traitement et que les fils qui en résultent ont une résistan- ce à la traction supérieure à celle des fils entièrement fabri- qués avec des matières premières fraîches. Les opérations de découpage sont donc effectuées de manière à fournir une grande quantité de déchets de rectification formant la proportion dési- rée à réintroduire dans les charges consécutives.
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La présente invention a donc pour objet un procédé de fabrication de fils en caoutchouc qui consiste à former une bande en caoutchouc non vulcanisé, à découper cette bande en un grand nombre de fils en caoutchouc non vulcanisé, à étirer ces fils, à permettre leur relâchement pour éliminer les contraintes intérieures et à les vulcaniser.
Le dessin annexé à titre d'exemple représente l'agence- ment d'une installation pour la production de fils élastiques en partant d'une bande de caoutchouc préalablement préparée.
Sur ce dessin, on n'a pas cherché à maintenir les proportions entre l'épaisseur de la bande ou des fils de caoutchouc et les dimensions des différents organes de l'installation. Les fils sont au contraire très fins et découpés en grand nombre, et il serait pratiquement impossible de représenter les proportions exactes entre la bande initiale et les fils sortants. Les dif- férents appareils sont indiqués schématiquement, et il est pos- sible d'utiliser de nombreux appareils connus pour la mise en oeuvre du procédé.
Bien entendu, le dessin ne montre que le mode de mise en oeuvre préféré et le plus favorable de l'invention et, dans s'écarter du principe et sans sacrifier l'une ou l'autre des caractéristiques, on pourra imaginer des variantes et des mo- difications de mise en oeuvre.
Sur le dessin :
Les figs.l et 1A sont respectivement des vues en éléva- tion latérale d'une installation typique pour la mise en oeuvre du procédé. La fig.lA montre le prolongement vers la droite de l'installation indiquée sur la fig.l.
Les figs.2 et 2A sont des vues en plan similaires de l'installation.
La bande en caoutchouc non traité, dans laquelle sont découpés les fils, est indiquée en 1. Elle provient d'une bobine 2, sur laquelle elle est enroulée avec interposition d'une bande
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intercalaire appropriée 3, de préférence en papier ciré, sur laquelle est saupoudrée une légère couche régulière de stéatite ou d'une autre poudre similaire. Les bandes sont bobinées avec une tension élevée pour éviter l'affaissement des bandes de ma- tière première et intercalaire pendant la conservation de la bobine.
Il y a lieu d'insister sur ce que le caoutchouc n'est pas vulcanisé lorsqu'il est introduit dans le procédé. C'est précisément par ce point que le procédé suivant l'invention diffère des procédés connus pour la fabrication de fils en caoutchouc par découpage. Il en résulte un grand avantage parce que les déchets de rectification et de découpage peuvent être réintroduits dans de nouvelles charges pour la préparation de la matière première.
Il y a également lieu de noter que la composition de la matière première est de préférence telle qu'au moins un élément, essentiel pour la vulcanisation, soit inerte ou absent, cet élé- ment n'étant par la suite activé ou ajouté que lorsque la matière première est transformée en fils. Cette particularité n'est pas seulement destinée à permettre la remise en traitement des dé- chets provenant du découpage, mais elle doit également empêcher la vulcanisation prématurée ou partielle au cours des opérations de malaxage et de calandrage, nécessaires à la confection de la bande 1.
Les exemples ci-après indiquent quelques matières pre- mières qui peuvent être utilisées. Bien entendu, il ne s'agit que de simples exemples, qui peuvent donner lieu à de nombreu- ses variantes et modifications:
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A B Caoutchouc 100 100 GR - S 50 .................. 5 5 Antioxydant 1 1 Adoucissant (éventuellement). 2 2 Sulfure de zinc 5 à 20 5 à 20 Oxyde de zinc............... 2 à 5 2 à 5 D.P.G.
(Diphényle guanidine). 0,4 0,4 Soufre ...................... néant 2,0 Tétrone A................... 1,25 à 2,5 néant Zénite A néant 0,5 (Tétrone A = Tétrasulfure de Dipentaméthylène-thiurame (Zénite A = 97% de sel de zinc de mercaptobenzothiazol) 3% de mono sulfure de tétraméthylthiurame)
Le tétrone A est un accélérateur au soufre, contenant une proportion de soufre suffisante pour assurer la vulcanisa- tion dans la dernière phase du procédé, mais ce soufre est main- tenu inactif ou enfermé dans le tétrone A jusqu'au moment où la matière première subit le dernier traitement dans les dernières opérations du procédé.
Le soufre est donc inerte dans la formule A précitée, et cette particularité du procédé équivaut en fait à l'addition du soufre à la matière première pendant les der- nières opérations du procédé.
Dans la formule B, tous les éléments nécessaires à la bulcanisation sont présents, mais la vulcanisation est lente et peut être accélérée pour être terminée après la période néces- saire, par traitement de la matière première avec un accéléra- teur dans une opération ultérieure du procédé.
Dans chacune des formules A et B, on peut utiliser une petite proportion d'un retardeur de vulcanisation usuel, comme élément de sécurité, pour empêcher le durcissement prématuré de la matière première. L'acide salicylique est un des produits qui peuvent être utilisés à cet effet.
Il y a lieu de notr que, dans chacune des deux formules, la matière première reste non vulcanisée et peut être réintro- duite dans le procédé après le découpage.
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Pour ces formules, il est préférable d'utiliser du caoutchouc naturel. Cette préférence provient de ce que le caoutchouc naturel se vulcanise plus rapidement à l'air que tous les caoutchoucs synthétiques connus. Mais ceci n'explique pas l'application du procédé avec un caoutchouc synthétique quelconque. Le néoprène est couramment utilisé dans la fabrica- tion de fils en caoutchouc, et le procédé peut être mis en oeu- vre avec ce néoprène, la durée de vulcanisation finale ainsi que la manière de procéder étant alors modifiées d'après les règles connues, valables pour ce genre particulier de caoutchouc synthétique.
Bien entendu, pour l'obtention de résultats aussi favo- rables que possible, la teneur en caoutchouc des formules pré- citées doit comprendre une large proportion de déchets, c'est-à- dire de déchets non vulcanisés provenant de la rectification et du découpage. De préférence une proportion de 25% de ce caout- chouc est constituée par des déchets et l'opération du découpa- ge est conduite de façon à fournir une grande quantité de ces déchets à cet effet. Accessoirement cette rectification faite en apparence avec gaspillage est réellement avantageuse, étant donné qu'il est plus facile de découper la matière première si la pro- portion du déchet ne constitue pas une perte.
La matière première, qu'elle corresponde aux formules A, B ou à une autre formule équivalente, est malaxée et on la laisse ensuite vieillir pendant quelques jours avant de la ré- chauffer pour le calandrage. Ce calendrage, destiné à produire la bande 1,peut être effectué d'une manière appropriée quel- conque. On peut le pratiquer de façon à obtenir une feuille sim- ple ou double. Cette dernière manière est préférable parce qu'elle permet mieux d'éviter la présence de points d'épaisseur trop grande ou trop faible dans la bande finale. De préférence, on laisse vieillir la bande ainsi obtenue pour lui permettre de récupérer le "nerf". A noter que l'enroulement serré de la bande
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dans la bobine 2 empêche la déformation pendant cette période de vieillissement.
L'épaisseur de la bande 1 est déterminée par la grosseur du fil final et par le degré d'étirage des fils après leur dé- coupage dans la bande. Quoique les dimensions ne soient pas essen- tielles, et qu'on dispose d'une grande latitude, on peut utili- ser pour un produit final sous la forme d'un fil d'une grosseur de 0,4 mm, une bande d'une épaisseur de 0,625 mm, les fils dé- coupés ayant eux-mêmes une grosseur de 0,625 mm qui sont étirés en deux temps pour l'obtention d'un fil final de section carrée dont la grosseur est très approximativement égale à la grosseur finale désirée.
En partant de la bobine 2, la bande 1 et l'intercalaire 3 traversent une machine usuelle à épisser indiquée en 5. Cette machine est agencée de façon que l'extrémité d'une bande puisse être raccordée bout à bout à l'extrémité de la bande suivante pour l'obtention de fils continus.
En sortant de la machine à épisser, la bande passe sur un rouleau 6 où l'intercalaire est séparé de la bande 1 et passe lui-même dans un train de rouleaux d'entraînement 8,9 et 10 dont un ou plusieurs sont directement actionnés pour entraîner la bande au-delà de ce point. Tant que la bande 1 est entraînée par l'intercalaire, il ne se produit aucun étirage de cette bande qui conserve ainsi l'épaisseur initiale.
Après le passage de la bande 1 sur le rouleau 6, cette bande arrive sur un rouleau porteur 12 et passe ensuite sous un rouleau 13 immergé dans un bain 14. Le but de ce bain 14 est de faciliter le découpage de la bande en fils séparés. Le bain est de préférence constitué par une solution de savon qui mouille les deux faces de la matière première de façon que les fils puis- sent être tirés à travers les couteaux sans l'emploi de raclet- tes ou d'autres éléments destinés à détacher les fils fraîche- ment découpés des faces des couteaux. On connait un certain nom- bre de solutions de savon pouvant être utilisées à cet effet.
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L'étirage et l'orientation sont grandement améliorés lorsque la matière première est chauffée avant son découpage en fils. Le chauffage de la matière première sous la forme d'une bande élimine dans une certaine mesure les contraintes qui seraient autrement introduites dans les fils au moment où ceux-ci sont étirés. Il devient ainsi possible d'allonger et d'atténuer davantage des fils que lorsqu'on n'applique pas ce chauffage préalable. Dans le mode de mise en oeuvre particulier précédemment décrite on obtient ces résultats favorables en uti- lisant la solution de savon comme agent de chauffage. Il est cependant bien entendu que le chauffage de la matière première, en vue du relâchement de la bande de caoutchouc, n'est pas né- cessa.irement localisé en ce point du procédé.
L'essentiel est que ce chauffage soit effectué avant le découpage de la bande en fils.
En sortant du bain 14, la bande, portée à la température appropriée et munie sur ses deux faces d'un revêtement lubrifiant, est conduite sur un rouleau 15 directement vers les couteaux qui découpent la bande en un grand nombre de fils. Un mode de réali- sation de l'ensemble des couteaux est indiqué en 16. Les appa- reils de ce genre, comprenant deux groupes de couteaux circu- laires se chevauchant, sont bien connus.
Sur la fig.2 du dessin, on n'a pas cherché à indiquer le nombre de fils découpés par un unique passage à travers la machine. On obtient toujours une proportion appréciable de dé- chets de rectification aux deux bords de la bande. Ces déchets tombent en ce point et sont recueillis de la manière indiquée en 18 de la fig.l.
La matière première sortant des couteaux 16, alors transformée en un grand nombre de fils, passe dans un deuxième bain 20 sous le rouleau 21 et sur le rouleau 22, ensuite à tra- vers un peigne 23 et sous un rouleau 25 immergé dans un troisiè- me bain 27, pour traverser ensuite un peigne 28. Les fils arri-
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vent ainsi sur la courroie de vulcanisation 30.
Le rouleau 21 est entrainé en rotation à une vitesse supérieure à la vitesse d'entrée de la matière entre les cou- teaux, en vue d'obtenir l'allongement et l'amincissement des multiples fils au degré nécessaire afin de les amener à la . grosseur finale. L'accélération linéaire entre les couteaux et le rouleau 21 extrait les fils des couteaux et réduit également la section de chaque fil de façon que l'action du bain 20 soit plus efficace. Les peignes sont destinés à maintenir les fils espacés les uns des autres dans les opérations consécutives.
Le but du bain 20 est d'apporter l'élément de vulcanisa- tion manquant ou d'activer ou d'accélérer l'élément de vulcani- sation de façon que la vulcanisation finale ait lieu au cours du séchage et du chauffage suivants. A cet effet, il convient d'incorporer au bain 20 un accélérateur soluble dans l'eau ca- pable de réagir avec les constituants de la matière première pour assurer la vulcanisation de celle-ci en une période relati- vement courte et à une température relativement faible.
Un accélérateur soluble dans l'eau, qui peut être utili- sé dans cette opération, est celui connu sous l'appellation "pip-pip" (pentaméthylène-dithiocarbamate de pipéridine). Ce produit est utilisé sous la forme d'une solution diluée d'en- viron 5 parties de "pip-pip" et de 95 parties d'eau. Le "pip-pip" agit en combinaison avec le Tétrone A ou le Zénite A des formu- les A ou B de façon que la vulcanisation soit accélérée d'une manière appréciable. On peut utiliser d'autres accélérateurs dans le bain 20 suivant les formules de la matière première.
Il peut être indiqué d'utiliser d'autre accélérateurs en combinaison avec le "pip-pip". Par exemple, le bain 20 peut être constitué par 5 parties de "pip-pip", 1 partie d'oléate de dibutylammonium dans 94 parties d'eau. On peut également rem- placer l'oléate de dibutylammonium par une proportion équiva- lente d'une dispersion de zimate de butyle. Ces produits utili-
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sés comme compléments du "pip-pip" ont également pour effet de réduire le collage superficiel des fils et contribuent à régler la valeur du pH du bain pour assurer une meilleure pénétration des accélérateurs dans le caoutchouc. A ce sujet, il y a égale- ment lieu de noter que l'amincissement des fils dans le bain facilite lui-même la pénétration des accélérateurs.
Le bain 27 est une solution de cire et peut être utili- sé en ce point du procédé pour faire adhérer les fils à la cour- roie 30 et pour former sur les fils une pellicule résistante adhésive. La cire utilisée peut être naturelle ou synthétique, ou encore un mélange des deux, et on peut la disperser dans le bain d'eau. On a trouvé qu'une solution de cire appropriée doit contenir un mélange de cires dans lequel la cire de Carnauba est largement prédominante. Une des conditions que doit remplir cette solution de cire consiste en ce que son point de fusion ne doit pas être assez faible qu'elle ne fasse pas adhérer les fils à la courroie au cours du passage dans le four de vulcanisation.
Il est souhaitable d'utiliser un accélérateur complé- mentaire en ce point. On a trouvé qu'un bain composé de 50% d'une solution de cire et de 50% d'une solution à 5% de "pip-pip" dans l'eau donne les résultats désirés.
Les fils qui sont maintenant étirés et réduits à la sec- tion finale, passent sur la courroie 30 à laquelle ils sont collés par le revêtement de cire appliqué dans le bain 27.
On peut remplacer le bain de cire 27 par un agglutinant incorporé au bain 20. Le bain de cire séparé 27 peut être sup- primé si cette modification du procédé est jugée désirable.
La courroie 30 peut avoir une longueur quelconque dési- rée. L'essentiel est que les fils disposent d'un parcours suf- fisant permettant tout d'abord de relâcher les contraintes intérieures résiduelles du caoutchouc et de vulcaniser ensuite convenablement les fils. Apres un parcours suffisant, la cour- roie 30 pénètre dans une longue chambre de chauffage 32 dans
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laquelle des ventilateurs 33 maintiennent l'air en circulation permanente.
Il n'y a pas lieu de préciser de façon limitative la longueur du four de vulcanisation, ni la vitesse de translation de la courroie, ni la durée pendant laquelle le caoutchouc reste dans l'atmosphère chauffée du four, étant donné que tous ces facteurs peuvent être facilement déterminés par l'expérience.
On obtient les résultats les plus favorables avec des tempéra- tures relativement faibles par rapport à la vulcanisation usuelle sous pression. On a constaté qu'on peut utiliser des températures de 115 C pendant 20 à 30 minutes ou un peu plus. Mais on peut également appliquer des températures plus élevées lorsqu'il con- vient d'utiliser des gaz inertes dans la chambre 32, en vue de la réduction des risques d'oxydation. Il est indiqué que les fils sortent de la chambre avec un degré de vulcanisation légè- rement inférieur au degré maximum. En effet, on sait que les ma- tières premières décrites vulcanisent à des températures faibles, et que la vulcanisation a tendance à se prolonger après la sortie du four.
Il importe donc d'utiliser des accélérateurs assurant des propriétés de vieillissement supérieures et donnant des courbes de vulcanisation allongées et aplaties. Les matières premières précédemment indiquées appartiennent à ce genre.
Un des buts principaux de l'agglutinant, qu'il soit in- troduit dans le bain 20 ou dans le bain 27, est de faire adhérer les fils fragiles à la surface de la courroie 30. Les fils sont ainsi fortement retenus dès leur premier contact avec la courroie et jusqu'à leur enlèvement à la fin de la vulcanisation. Le re- lâchement des contraintes à l'intérieur des fils étirés entrai- ne fréquemment un retrait ou une ondulation. Mais, grâce à l'adhé- rence des fils à la surface de la courroie, ils sont maintenus dans leur forme étirée au cours de cette période. Les fils n'ont également aucune tendance au retrait ou au déplacement pendant la période consécutive de la vulcanisation.
Si les fils n'adhé-
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raient pas à la surface de la courroie, ils pourraient présenter des points d'affaiblissement ou de rupture durant la période de séjour sur la courroie. Ils pourraient également onduler ou se déplacer et se coller les uns aux autres. La particularité du collage des fils d'un bout à l'autre de la période entre l'éti- rage final et la fin de la vulcanisation constitue l'un des fac- teurs qui ont permis de produire des fils d'une régularité re- marquable, et qui ont également réduit à un minimum très bas les pertes dans cette phase du procédé.
Un autre but important du revêtement protecteur des fils est de protéger contre l'oxydation le caoutchouc des filaments très minces exposés à l'atmosphère chaude du four de vulcanisa- tion.
Après que la courroie quitte le four 32, les fils vulca- nisés sont détachés de la surfave de la courroie par des rouleaux 35 et 36, passent dans une boite à stéatite 38 et sont ensuite bobinés. En certains points, on prévoit des peignes pour guider les fils. Une bobine finale est indiquée en 41.
On voit d'après ce qui précède que les buts de l'inven- tion sont atteints d'une manière simple et pratique. La fabri- cation d'un grand nombre de fils élastiques très réguliers avec des frais de production très réduits, constitue un progrès im- portant. Le procédé a été décrit d'une manière très détaillée, mais il est bien entendu que les détails n'ont pas d'importance.
Sans s'écarter du principe, on pourra imaginer des variantes et des modifications. Quoiqu'il soit préférable d'utiliser une cour- roie comme support de dimensionsprédéterminées, sur lequel les fils étirés sont fixés pendant la période de relâchement des contraintes intérieures et de vulcanisation, on peut également remplacer cette courroie par un autre organe approprié.
Les déchets provenant de la rectification et du découpa- ge sont évacués. Il est également possible d'obtenir des fils découpés très fins, réguliers d'un bout à l'autre, et d'une
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longueur supérieureà celle qui pouvait être réalisée jusqu'ici.
L'orientation de la matière première et l'étirage des fils après le découpage donnent des fils plus fins et plus réguliers qu'on ne le jugeait industriellement possible jusqu'à présent.
Le procédé est très praticue et d'une mise en oeuvre très peu coûteuse. Il n'exige qu'un minimum de contrôle et la capacité de production est très importante.