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Appareil pour la production de feuilles plastiques.
La présente invention est relative à la production d'une feuille continue en polymère organique à orientation moléculaire et se rapporte plus particulièrement à la production d'une telle feuille par chauffage et extrusion du polymère sous forme d'un ruban et étirage de ce ruban longitudinalement et transversale- ment pour former une feuille à orientation moléculaire de la largeur et épaisseur désirées.
Il est bien connu que la résistance de certains polymères organiques peut être appréciablement augmentée par étirage de manière à orienter les molécules du polymère dans la direction ou les directions dans lesquelles l'effort est appliqué et d'y capturer ainsi les efforts d'orientation. Comme exemples de ces polymères on peut citer les composés de vinyl et des dérivés tels que du polystyrène, chlorure de vinyle et des copolymères de, ou comprenant, ces composés ou dérivés.
Parmi les facteurs de contrôle d'un procédé d'exbrusion
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d'une feuille orientée se trouvent la température à laquelle le polymère est extrudé, la température à laquelle le polymère est étiré et l'établissement subséquent dans le polymère d'une température capturant les efforts d'orientation introduits par étirage.
Un brevet U.S.A antérieur, le No. 2412187, décrit un procé- dé et appareil pour la production d'une feuille orientée du type décrit ci-'dessus. L'appareil qui y est montré comprend un dispo- sitif d'extrusion et une trémie ou filière pour la production d'un ruban continu de polymère, un four pour le conditionnement du ruban extrudé à une température d'étirage optimum, des moyens Servant à étirer le ruban à cette dernière température, des moyens servant à réduire la température de la feuille étirée de manière à capturer et retenir les efforts d'étirage ou d'orien- tation dans le ruban après que celui-ci a été libéré des moyens d'étirage,
et des moyens sous forme de cylindres de festonnage situés entre les moyens d'étirage et la trémie pour la réduction ou élimination des efforts d'étirage dans la partie du ruban située entre les cylindres de festonnage et la trémie ou filière d'extrusion. Comme la température d'extrusion optimum pour la plupart des polymères est plus élevée que la température optimum à laquelle les efforts d'étirage doivent s'exercer pour établir une orientation moléculaire, l'inclusion de cylindres de feston- nage, qui limitent les efforts d'étirage à la partie descendante du ruban et réduisent ou suppriment les efforts d'étirage de la partie ascendante entre la filière et les cylindres de festonna- ge, permet l'emploi de températures optimum différentes pour l'extrusion et pour l'étirage,
plutôt que l'application du compromis d'une seule température d'extrusion et d'étirage.
Ainsi que décrit dans le brevet antérieur susdit, les cylin- dres de festonnage sont de préférence actionnés à une vitesse déterminée d'avance telle que l'épaisseur du ruban entre la filiè- re et les premiers cylindres ne soit pas appréciablement réduite.
De cette manière, il n'y aura pas d'étirage appréciable du ruban
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entre l'extrémité de la filière et les cylindres. L'actionnement du ruban par les cylindres peut être facilité en contrôlant la température des cylindres de telle manière que le ruban adhère un peu aux cylindres. De préférence l'effet de la température des cylindres sur le ruban est réglé de telle manière qu'il y ait refroidissement superficiel du ruban, en laissant plus ou moins de chaleur dans le ruban pour faciliter son réchauffage à une température inférieure déterminée en vue de l'opération d'étirage.
L'obtention sur le ruban des effets désirés dépend largement de l'enveloppement angulaire total du ruban autour des cylindres de festonnage et, dans la pratique, il a été trouvé désirable de pouvoir régler l'importance de cet enveloppement.
En conséquence, l'un des objets de la présente invention est de prévoir un appareil d'extrusion de feuille et d'orienta- tion du type illustré dans le brevet U. S.A mentionné, ayant un mécanisme de festonnage à cylindres au moyen duquel on peut régler facilement l'importance de l'enveloppement depuis un mini- mum jusqu'à un maximum, et à toute valeur intermédiaire entre ces limites, sans interrompre le passage des feuilles à travers les cylindres de festonnage et à travers l'appareil de production de feuille dont les cylindres de festonnage font partie.
Un autre objet de l'invention est de prévoir un appareil au moyen duquel le nombre de cylindres de festonnage en contact avec le ruban, et le degré total de l'enveloppement peuvent être modifiés sans interrompre le passage du ruban à travers les cylindres.
Il a été trouvé désirable de maintenir divers cylindres de festonnage à des températures différentes de celles d'autres cy- lindres, et de pouvoir faire varier le contact du ruban avec des cylindres à des températures différentes indépendamment l'un de l'autre.
Par conséquent, un autre objet de l'invention est de prévoir un appareil au moyen duquel le degré d'enroulement autour de certains cylindres de festonnage peut être modifié indépendam-
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ment de l'enroulement autour d'autres cylindres de festonnage.
Un autre objet de l'invention est de prévoir des perfec- tionnements aux méthode et appareil du type indiqué employés jusqu'à présent pour la fabrication de feuilles.
Ces objets et avantages de l'invention et d'autres encore deviendront apparents à la description qui suit ou des dessins ci-joints, dans lesquels :
Fig. 1 est une vue en élévation latérale d'un appareil comprenant une trémie ou filière, des barres de serrage et un nouvel assemblage de cylindres de festonnage pour lc production de feuilles plastiques orientées suivant l'invention, l'assembla- ge de cylindre de festonnage étant montré en coupe substantielle- ment telle que vue de la ligne I-I de la fig, 2.
Fig. 2 est une vue plus détaillée de l'assemblage de cylin- dres de festonnage, dont la partie de droite est en élévation frontale avec une partie de l'enveloppe enlevée, la partie de gauche étant une coupe le long de la ligne 2-2 de la fig, 1.
Fig. 3 est une vue sectionnelle le long de la ligne 3-3 de la fig. 2, illustrant l'actionnement de quatre cylindres de fes- tonnage, et
Fig. 4 est une vue seotionnelle le long de la ligne 4-4 de la fig. 2 illustrant l'actionnement de deux cylindres réglables.
En se reportant à la fig, 1, l'on verra que les parties principales de l'appareil qui y est illustré comprennent une trémie ou filière d'extrusion D à travers laquelle un polymère organique chauffé tel que le polystyrène peut être forcé par exemple au moyen d'un dispositif d'introduction forcée (non montré), et extrudé sous la forme d'un ruban plat R ; un assem- blage de cylindres de festonnage C comprenant un groupe de six cylindres de festonnage, la position de deux d'entr'eux pouvant être réglée afin de faire varier entre de larges limites l'en- veloppement ou enroulement du ruban R autour des cylindres, et un mécanisme de serrage et-d'étirage montré en G pour étirer le ruban sous la forme d'une feuille à orientation moléculaire.
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La filière D n'est montrée qu'en partie et il est bien entendu qu'une grande variété de filières pourront être utilisées pour l'extrusion du ruban plastique R. D'une manière similaire, les griffes G montrées dans la fig. 1, ne sont illustrées qu'à titre d'exemple d'un mécanisme d'étirage.
En se reportant plus particulièrement à l'assemblage de cylindres de festonnage C, six cylindres actionnés sont prévus supportés de manière à pouvoir tourner parallèlement entr'eux dans des paliers appropriés. Plus particulièrement, l'assemblage comprendra une enveloppe principale ou élément de base 1 ayant une paire d'éléments latéraux verticaux parallèles 2 et 3, et dans ces derniers se trouvent logés les supports nécessaires y compris 4b, 5b, 7b et 9b pour les cylindres de festonnage 4, 5, 7 et 9. Des supports correspondants (non montrés) sont prévus dans l'élément 2 qui supportent les autres extrémités des oylin- dres. Le cylindre 4 se trouve adjacent à la filière D et en contact avec le fond du ruban R à mesure que celui-ci est extrudé horizontalement de la filière.
Les cylindres 5, 7 et 9 sont logés en-dessous du cylindre 4 et, ainsi qu'illustré dans la fig. 1, avec l'axe de rotation du cylindre 9 plus haut que celui du cylin- dre 7 et espacé de ce dernier axe et avec l'axe de rotation du cylindre 7 plus haut que celui du cylindre 5 et espacé de ce dernier axe. L'arrangement des cylindres T, 7 et 9 est tel que les griffes G peuvent saisir et étirer le ruban R en direction horizontale du cylindre 5 sans établir un contact du ruban avec les cylindres 7 et 9.
Les éléments latéraux 2 et 3 sont également prévus avec deux paires de chemins de support verticaux opposés 10a, 10b et 11a, llb, dans lesquels des blocs de support 10 et 11 respectivement sont montés de manière à pouvoir recevoir un mouvement vertical.
Fixés aux extrémités des blocs 10 et 11 se trouvent des supports 6a, 6b et 8a, 8b de cylindres de festonnage 6 et 8 réglables verticalement. Le cylindre 6 est réglable verticalement entre les cylindres 5 et 7 ; le cylindre 8 est également réglable
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entre les cylindres 7 et 9. Ainsi, comme on peut le voir de la fig, 1, le cylindre 6 peut être déplacé d'une position en-dessous des cylindres 5 et 7, où il est hors contact avec le ruban R, dans une position au-dessus des cylindres 5 et 7 où il établit un contact d'enveloppement qui festonne le ruban.
D'une manière similaire, le cylindre 8 peut être déplacé d'une position en- dessous des cylindres 7 et 9 où il est hors contact avec le ruban, dans une position au-dessus des cylindres 7 et 9 où il établit un contact d'enveloppement et le ruban est festonné davan tage.
Ainsi qu'illustré dans les figs. 1 et 2, le réglage verti- cal de chaque bloc de coussinet 10 et 11 et des cylindres 6 et 8, respectivement portés sur eux, se fait au moyen de vis soule- vantes ou de cric 12 disposées verticalement, qui supportent les blocs 10 et 11 adjacents à leurs extrémités. Chaque bloc 10 et 11 est prévu avec deux de ces vis de cric 12, dont les extrémi- tés supérieures sont déterminées par des boites 13 fixées par exemple au moyen de boulons 14 aux côtés inférieurs des blocs 10 et 11, et qui en même temps sont empêchées de hourner par les connexions 15 à cheville lâche. Chaque vis 12 est supportée par sa buselure 16 à filetage interne hélicoïdal qui à son tour est supportée par son propre palier de butée 17 fixé par exem- ple au moyen de boulons 18 à l'enveloppe 1.
Une roue hélicoîda- le 19 est fixée à l'extrémité inférieure de chaque buselure 16.
La paire de roues hélicoïdales 19, 19 pour la paire de vis de cric associéec au bloc 10 et le cylindre réglable 6 sont pré- vues avec une paire de vis sans fin coagissantes 20920 fixées à un arbre 21 monté à rotation dans les parties 22 des paliers 17 adaptées à porter un arbre. De même, une deuxième paire de vis sans fin analogues 20,20 sont fixées à un second arbre 23 et engage de manière coagissante les vis sans fin qui contrô- lent le réglage vertical de la paire de vis à cric associées au bloc 11 et à son cylindre 8.
Les deux arbres 21 et 23 peuvent être tournés manuellement
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par exemple au moyen des volants 21a et 23a, les paires ainsi actionnées de roues hélicoïdales ooagissantes 19,19 et vis sans fin 20,20 agissant soit pour soulever soit pour abaisser simul- tanément d'une quantité égale les deux extrémités du bloc de palier supporté 10 (ou 11) et le cylindre 6 (ou 8).
En se reportant maintenant aux détails des cylindres de festonnage 4 à 9 inclusivement, ils sont de construction et arrangement des parties similaires. Plus particulièrement, cha- que cylindre comprend un arbre creux 24 fermé à l'une des extré- mités par un tampon ou bouchon 25. La surface externe de chaque arbre 24 est de préférence rôdée et polie afin de diminuer la tendance à la production de griffes ou défauts dans la feuille plastique qui vient en contact avec elle. La température de cha- que arbre est contrôlée en admettant à l'intérieur un liquide refroidisseur à travers un tube interne concentrique d'alimenta- tion 26 relié à une connexion d'alimentation 27.
Le liquide refroidisseur est introduit à travers l'espace annulaire 27 entre l'arbre concentrique 24 et le tube 26 et à travers la connexion de décharge ou de sortie 28.
Les connexions 28 pour les cylindres 4, 5, 7 et 9 fixent à rotation les extrémités de cylindres adjacentes au châssis vertical 2, tandis que les connexions analogues 28 des cylin- dres 6 et 8 sont fixées d'une manière similaire aux extrémités adjacentes de l'élément de châssis 3.
Afin de prévoir un actionnement approprié pour chacun des cylindres, des pignons 4d, 5d, 6d, 7@, 8d et 9d respectivement sont fixés à chaque cylindre adjacent aux oonnexions 28. Ainsi que montré dans la fig. 3, une chaîne 29 avec les pignons fous30 et 31 et le pignon moteur 32 fournissent avec les pignons 4d, 5d, 7d et 9d le système d'actionnement des cylindres 4, 5, 7 et 9. Ainsi que montré dans la fig. 3, les pignons fous 30 et 31 sont montés à rotation, sur des goujons fixés au châssis 2 et le pignon moteur 32 est fixé à l'arbre moteur 33 qui est supporté à rotation dans des éléments de support 34a et 34b fixés au
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châssis 1.
La rotation de l'arbre moteur se fait par le pignon 35 et par un système à chaîne (non montré) à vitesse variable ou autre source d'énergie appropriée qui permet la synohroni- sation de la vitesse d'extrusion du ruban et de la vitesse péri- phérique des cylindres de festonnage.
Egalement fixé à l'arbre 33 se trouve un pignon moteur 36 qui aveo les pignons 6d et 8d et une chaîne 37, et pignon fou 38 forment le système d'aotionnement des cylindres 6 et 8.
Ainsi que montré dans la fig. 4, l'actionnement comprend un pignon 39 supporté à rotation sur l'extrémité externe d'un bras de levier lesté 40 qui bascule librement sur l'arbre 30 de ma- nière à permettre un réglage vertical des cylindres 6 et 8 entre leurs positions montrées en plein et en pointillé dans la fig, 4 sans interrompre l'actionnement des cylindres.
Lors du fonctionnement de l'appareil illustré et décrit, le polymère organique, tel que le polystyrène, dont on doit former une feuille orientée biaxialement, est chauffé à une température d'extrusion optimum (570 F) et pendant qu'il est sans solvant, il est extrudé de manière continue à travers la filière D sous la forme d'un ruban R qui est avancé de manière continue par les cylindres 4 à 9 inclusivement vers les griffes G, et ces dernières tirent le ruban longitudinalement depuis les cylindres ainsi que transversalement. La température du ruban peut être contrôlée d'une manière déterminée d'avance dans un ou plusieurs fours qui le contiennent et par des moyens de chauffage appropriés.
De préférence, on fait tourner l'arbre moteur 33 de maniè- re à synchroniser approximativement la vitesse périphérique du cylindre 4 avec la vitesse d'extrusion du ruban. Le ruban R passe d'abord à travers les cylindres dans la position illustrée en traits pleins dans la fig. 1 avec les griffes G faisant avancer le ruban vers l'avant plus vite que la vitesse d'extru- sion et avec l'allongement conséquent nécessaire du ruban @ se faisant dans le ruban entre les griffes et la filière. Comme
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le ruban dans la position en traits pleins montrée dans la fig.
1 n'engage que les cylindres 4 et 5, l'enveloppement angulaire total du ruban autour des cylindres est faible et le glissement du ruban sur les cylindres peut avoir lieu de sorte que des ef- forts d'étirage sont exercés sur la partie de ruban entre la filiè- re D et le cylindre 4. Puisque le ruban est de préférence extrudé à une température de 4700 F ou à température plus élevée, il n'y a pas d'étirage ou très peu se produisant dans le ruban avant de venir en contact avec le cylindre 4 qui est retenu comme orienta- tion permanente, la température relativement élevée agissant pour relâcher l'orientation avant que la température du ruban ne soit suffisamment abaissée pour que le polymère retienne son élastici- té.
Afin de libérer la portion de ruban.adjacente à la filière des efforts de traction développés par les griffes G, les cylin- dres 6 et 8 sont soulevés au moyen de leurs volants à main respec- tifs 21a et 23a, les cylindres 6 et 8 se déplaçant des positions montrées en traits pleins (fig. 1) d'abord en contact avec le ruban R et de là dans les positions qu'ils occupent en traits interrompus dans la fig. l, en festonnant ainsi le ruban R comme montré en traits interrompus. Il est clair que le degré d'enve- loppement du ruban R autour de chacun des cylindres 5, 6, 7, 8 et 9 et par conséquent, l'effort de traction dans la partie de ruban comprise entre chaque paire adjacente de cylindres pourra être contrôlée en réglant la disposition verticale des cylindres 6 et 8.
Il est également clair que le réglage peut se faire sans in- terrompre l'extrusion continue et les opérations d'étirage.
Afin de maintenir le contact nécessaire entre les cylindres 4 à 9 inclusivement et le ruban R de telle sorte que chaque cylin- dre exerce une traction à frottement sur le ruban, il peut être nécessaire d'exercer au moins un léger effort de traction sur la parie de ruban comprise entre la filière D et le cylindre 4. Le résultat de cela est qu'un certain étirage du ruban peut se actes produire entre chaque paire de cylindres adjacents. Il a été trou- vé que lorsqu'il y a une tendance à la production d'étirage par
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sauts ou inégal, qui se trahit par un glissement périodique plutôt qu'uniforme sur les cylindres, plus particulièrement sur les cylindres 8 et 9, cet état peut être considérablement cor- rigé en accélérant les dits cylindres.
Ainsi par exemple, si des pignons 4d, 5d et 6d sont prévus chacun avec 30 dents, le pignon 7d pourra être prévu aveo 29 dents; le pignon 8d aveo 28 dents et le pignon 9d avec 27 dents. Cela tend à assurer l'u- niformité dans le léger glissement du ruban R sur les cylindres ainsi qu'une extension uniforme conséquente et une réduction uniforme correspondante de la largeur du ruban quand il passe sur les cylindres.
Quand la matière employée est du polystyrène, le cylindre 4 est de préférence refroidi vers 60 F par de l'eau de circula- tion à cette température, et les cylindres restants 5, 6, 7, 8 et 9 sont chauffés à une température de 150 à 190 F en faisant circuler de l'eau à cette température.
Diverses modifications pourront être apportées au procédé et à l'appareil décrits sans sortir de la portée de l'invention.