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PROCEDE DE FABRICATION DE PELLICULES ARTIFICIELLES.
La présente invention se rapporte à la fabrication de pellicules artificielles et particulièrement à la fabrication de pellicules à partir de composés synthétiques linéaires à haut degré de polymérisation.
Le terme "composés synthétiques linéaires à haut degré de polymérisation" rapplique ici aux superpolyméres linéaires de condensation et particulièrement aux superpolyesters linéaires, (y compris les interpolyesters) qu'on peut obtenir à partir d'acides aromatiques dicarboxyliques et de glycols, et aux superpolyamides linéaires (y compris les interpolyamides) qu'on peut transformer en filaments et étirer à froid pour fabriquer des fibres de haute ténacité. Pour la fabrication de pellicules, le téréphtalate de poly- éthylène présente un intérêt particulier, de même que les superpolyamides obtenues à partir d'acide adipique ou sébacique et d'hexaméthylène-diamine, et à partir de capro-lactame.
On sait que des pellicules peuvent être obtenues en partant de cette classe de matières en refroidissant rapidement une mince couche de matière fondue. La présente invention fournit un procédé perfectionné de refroidissement de pellicules extrudées.
Suivant l'invention, dans un procédé de fabrication de pellicules, on refroidit une pellicule extrudée fondue d'un composé synthétique linéaire à haut degré de polymérisation en la dirigeant vers le bas, à l'état fondu, dans une masse de liquide entretenue dans l'espace compris entre deux rouleaux tournant en sens opposé, les deux rouleaux tournant à une vitesse périphérique égale et chacun d'entre eux tournant à l'endroit de la passe dans le sens de déplacement de la pellicule passant entre les rouleaux.
La masse de liquide peut être entretenue dans la passe des rouleauxde plusieurs façons différentes. Suivant un procédé préféré, les rouleaux sont plongés, à une profondeur inférieure à leur diamètre, dans un
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bain de liquide et le mouvement de rotation des rouleaux entraîne une pellicule de liquide dans la passe, où ce liquide s'accumule; une petite quantité d'agent mouillant peut être ajoutée au liquide pour assurer l'entrainemnent d'une quantité de liquide suffisante jusqu'à la passe. Un autre procédé approprié consiste à pulvériser le liquide sur les rouleaux ou sur la pellicule fondue avant que cette dernière n'arrive à la passe, Si l'on utilise ce deuxième procédé il faut éviter de marquer la pellicule par le contact brusque de la pellicule fondue avec des gouttelettes de liquide.
La profondeur de la masse liquide accumulée dans la passe peut varier et atteindre le rayon' des rouleaux. Elle doit toujours être suffisante pour que le liquide refroidisse suffisamment la pellicule.
N'importe quel liquide non volatil peut être employé pour refroidir la pellicule, à condition qu'il n'attaque pas appréciablement la pellicule et qu'il ne réagisse pas de façon indésirable avec elle pendant l'opération de refroidissement. Pour les pellicules insolubles dans l'eau comme les pellicules en nylon et en téréphtalate de polyéthylène, il est préférable que le liquide soit de l'eau ou un liquide soluble dans l'eau dont le point d'ébullition n'est pas sensiblement inférieur à celui de l'eau; ces liquides peuvent être enlevés sans difficulté des surfaces de la pellicule. Le glycérol est un liquide qui convient particulièrement pour les pellicules de nylon ou de téréphtalate de polyméthylène, et qui peut être employé en mélange avec 1-'eau si on le désire.
Des mélanges de glycérol avec un maximum de 25% en poids environ d'eau donnent toute satisfaction. Ces mélanges présentent à la fois les avantages d'un point d'ébullition largement supérieur à celui de l'eau, et d'une viscosité inférieure à celle du glycérol pur, et par conséquent une tendance plus réduite à être entraînés hors du bain dans la passe par les rouleaux, en quantité assez forte pour provoquer une agitation au sein de la masse liquide. Le glycol est un autre liquide soluble dans l'eai convenant pour les pellicules de nylon et de téréphtalate, en particulier si on le dilue avec de l'eau; mais il faut prendre soin d'éviter le contact prolongé de la pellicule avec le glycol, celle-ci pouvant s'y dissoudre dans une certaine mesure.
La température du liquide de refroidissement doit être suffisamment inférieure au point de fusion du composé linéaire à haut degré de polymérisation pour que la pellicule fondue se solidifie. Vu les points de fusion élevés des polymères utilisés,le liquide en contact avec la pellicule qui vient d'être extrudée peut avoir tendance à bouillir localement, en particulier lorsquece liquide est l'eau ou un autre liquide dont le point d'ébullition est largement inférieur au point de fusion du polymère. Cette tendance se manifeste particulièrement lorsque l'épaisseur de la pellicule extrudée est supérieure à 0,003 pouce (0,08 mm) environ, ou lorsqu'on utilise de faibles vitesses d'extrusion.
Des vitesses d'extrusion. plus grandes provoquent une agitation plus forte des couches de liquide en contact avec les surfaces de la pellicule, et réduisent par conséquent l'échauffement du liquide.
Une ébullition locale peut se produire quelle que soit la profondeur de la masse de liquide dans la passe; elle entraîne l'apparition sur la pellicule de défauts caractéristiques, ondulations, trainées superficielles et soufflures. Cette ébullition doit donc être évitée, au besoin en prévoyant un dispositif de refroidissement des couches de liquide en contact avec les surfaces de la pellicule.
Le liquide dans la passe peut être refroidi près de la surface de la pellicule par n'importe quel procédé approprié. Ce refroidissement peut être obtenu par exemple au moyen d'un ou plusieurs tubes de refroidissement, contenant un liquide froid en circulation, du méthanol par exemple, placés de part et d9autre de la pellicule près de sa surface et s'étendant sensiblement sur toute sa largeur. Un autre procédé consiste à refroidir les rouleaux eux-mêmes par circulation interne d'un liquide refroidi comme l'eau ou le méthanolo Le refroidissement peut également être obtenu par
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l'élimination du liquide chaud de la masse de part et d'autre de la pellicu- le, le prélèvement s'effectuant directement entre la pellicule et les'rouleaux.
Si l'on utilise ce procédé, il est préférable de prélever le liquide en plu- sieurs points répartis sur la largeur de la pellicule, et de préférence aussi près que possible de cette dernière; ou de le prélever dans une zone ininter- rompue s'étendant sensiblement sur toute la largeur de la pellicule, aussi près que possible de cette dernière. Le liquide peut être entraîne par des tubes d'aspiration.
La passe est alimentée en liquide à une vitesse suffisante pour y entretenir une masse de liquide présentant de préférence une profondeur sen- siblement constante. Sauf lorsqu'on prélève du liquide, dans un but de re- froidissement, assez rapidement dans la masse dans les régions situées direc- temént entre la pellicule et les rouleaux, le liquide s'écoule librement par les bouts de la passe à une vitesse réglée pour obtenir une profondeur sensi- blement constante dans la passe. Même lorsqu'on prélève un peu de liquide pour assurer un refroidissement local, cet agencement est généralement avan- tageux parce qu'il permet de maintenir le liquide de la masse à une tempéra- ture inférieure à celle qu'on obtiendrait sans déversement par les bouts de la passe.
En l'absence d'un dispositif de prélèvement du liquide en des points situés entre la pellicule et les rouleaux, le liquide s'écoulera entièrement par les deux bouts de la passe. La vitesse d'écoulement peut être réglée, par exemple, au moyen de plaques placées transversalement aux extrémités de la passe, l'espace entre les extrémités des rouleaux et les plaques pouvant être modifié à volonté.
L'ensemble du liquide contenu dans le bain est maintenu de pré- férence à une température aussi faible que possible par n'importe quel procé- dé appropriée Lorsque le liquide est l'eau, une température suffisamment ré- duite peut généralement être maintenue en faisant couler de l'eau de la dis- tribution à une extrémité du bain et en la laissant s'écouler du réservoir à l'autre extrémité. Si l'on emploie d'autres liquides, ceux-ci peuvent être refroidis par exemple au moyen de serpentins plongés dans le bain, ou en fai- sant circuler le liquide du bain dans un système de réfrigération avant de le renvoyer dans le bain.
Le rayon des rouleaux peut varier entre de larges limites; il suffit seulement que ce rayon permette l'entraînement d'une quantité appro- priée de liquide dans la passe, pas trop forte pour éviter les tourbillons au sein de la masse. En général, le rayon optimum augmente avec la vitesse à laquelle la pellicule doit être extrudée par l'orifice d'extrusion, c'est- à-dire avec la vitesse périphérique des rouleaux; il augmente également avec la viscosité du liquide. Il est généralement plus facile d'utiliser des rou- leaux dont le rayon ne dépasse pas 228 mm (9 pouces) parce qu'un rayon plus grand rend généralement difficile d'approcher suffisamment l'orifice d'extru- sion 11 de la passe.
Lorsque les rouleaux sont plongés en partie dans.le li- quide et doivent tourner à grande vitesse, il est préférable de les plonger à une profondeur ne dépassant pas les trois-quarts de leur diamètre; cette précaution évite que le liquide soit entraîné jusqu'à la passe en quantité suffisante pour former des rides ou des vaguelettes à la surface de la masse de liquide. Les autres conditions restant les mêmes, la profondeur optimum d9immersion des rouleaux diminue lorqque la viscosité du liquide utilisé aug- mente.
Cette profondeur optimum est la plus grande profondeur à laquelle les rouleaux peuvent être plongés (et par conséquent la profondeur donnant la plus grande vitesse d'alimentation en liquide) sans déterminer une agita- tion suffisante pour affecter indésirablement les caractéristiques de surfa- ce de la pellicule.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, un appareil pour mettre en oeuvre le procédé décrit comprend une paire de roseaux tour- nant en sens opposé, un dispositif d'extrudage d'une pellicule fondue vers le bas dans la passe des rouleaux, un dispositif pour alimenter la passe en liquide et y entretenir une masse de liquide, et un dispositif réglant la vi-
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tesse d'écoulement du liquide de la masse aux bouts de la passe.
L'appareil 'peut comprendre un dispositif de refroidissement de chaque côté du trajet de la pelliculeo
Une variante de cet appareil, prévue pour l'emploi dans des conditions exposant particulièrement le liquide dans la passe à une surchauffe locale, comprend une paire de rouleaux tournant en sens opposé, un dispositif d'extrudage d'une pellicule fondue vers le bas dans la passe des rouleaux, un dispositif pour alimenter la passe en liquide et y entretenir une masse de liquide, et un dispositif de prélèvement de liquide de la masse de chaque cote du trajet de la pellicule et dans les régions directement situées entre le trajet de la pellicule et les rouleaux.
Il est préférable que le dispositif de prélèvement de liquide puisse exercer son action en plusieurs points répartis sur la largeur de la pellicule, ou dans les zones ininterrompues s'étendant pratiquement sur toute la largeur de la pellicule; il est également, préférable que le dispositif soit placé aussi près que possible de la pellicule, mais sans la toucher, ou l'attirer par l'aspiration du liquide. L'appareil peut comprendre un dispositif pour régler la vitesse d'écoulement du liquide aux bouts des rouleaux.
On se reportera aux dessins annexés qui représentent de façon schématique et à titre d'exemple un appareil construit conformément à l'invention et prévu pour l'emploi de l'eau comme liquide de refroidissement.
Fig. 1 est une vue en plan de l'appareil et
Figs. 2 et 3 montrent deux formes de réalisation de l'appareil en coupe verticale.
Dans ces dessins, 1 est une pellicule fondue, fraîchement extrudée qui se dirige vers la passe de rouleaux 2, en acier, plongés jusqu'au deux-tiers de leur diamètre environ dans l'eau d'un bain 3. L'eau froide est introduite dans ce bain par l'orifice d'netrée 5 et s'écoule par le trop-plein réglable 5. L'eau est entraînée à la surface des rouleaux tournants, ce qui fait monter le niveau de la masse 6 au-dessus de celui du bain; ce niveau est maintenu par des plaques d'extrémité 7 à chaque bout de la passe. Un tuyau d'aspiration 8 est placé de chaque côté de la pellicule et assez près de celle-ci; ce tuyau est percé d'une série de trous dirigés vers le bas et légèrement vers la surface de la pellicule, et permettant d'entraîner l'eau,de la région de la surface de la pellicule.
Chaque tuyau est placé de préférence de façon que les trous se trouvent sur un diamètre du tuyau formant avec la verticale un angle qui ne dépasse pas 45 . Les plaques d'extrémité sont réglées pour que l'excès d'eau s'écoule à chaque bout de la passe à une vitesse telle que le niveau de la masse 6 reste sensiblement constant. Des rouleaux fous 9 sont placés pour guider la pellicule dans le bain et hors du bain vers le mandrin de bobinage.
De nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit conformément à l'invention. Les tubes 8 peuvent comprendre par exemple une fente ininterrompue au lieu d'une série de trous pour prélever l'eau dans la région de la surface de la pellicule; une série de tubes d'aspiration à extrémité ouverte peuvent être répartis sur la largeur de la pel- licule, l'extrémité ouverte proche de la surface de la pellicule ; comme on l'a dit plus haut, l'eau de la masse peut être refroidie par des tubes de réfrigération ou par les rouleaux eux-mêmes, au lieu d'entraîner l'eau par des tubes d'aspiration. D'autres procédés peuvent être utilisés pour amener l'eau dans la passe des rouleaux.
De plus, si la vitesse de-marche du procédé est suffisamment élevée,- le passage de la pellicule dans le liquide agite les couches d'eau en contact avec les surfaces de la pellicule dans une mesure suffisante pour éviter l'ébullition locale; les tubes d'aspiration utilisés pour prélever de l'eau de la masse, ou les autres moyens de refroidissement de la masse peuvent alors être supprimés. Avec un liquide autre que l'eau, il est généralement désirable d'assurer des moyens de refroi- dissement et de conservation de l'eau dans le bain ; arrive par exemple à ce résultat en faisant circuler le liquide dans un système de réfrigération,
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ou en immergeant des serpentins de refroidissement dans le bain même.
Si le liquide présente un point d9ébullition supérieur à celui de l'eau, l'emploi de tubes d'aspiration ou d9autres dispositifs de refroidissement'local de la masse de liquide dans la passe est inutile dans la plupart des cas.
Après passage entre les rouleaux,la pellicule plus ou moins solidifée peut passer autour d'un des rouleaux et être amenée directement à une autre phase de traitement ou directement enroulée. Il peut être désirable, en particulier si la pellicule est épaisse, de la faire passer dans un bain de liquide, pour le refroidir entièrement et complètement avant de le soumet- tre à un nouveau traitement ou de l'enrouler.
Les avantages obtenus en faisant passer la pellicule fondue de composé linéaire synthétique polymère dans la masse de liquide entre deux rouleaux plutôt que directement dans un bain de liquide de refroidissement se rapportent principalement à la qualité de la pellicule obtenue. Si l'on fait passer directement la pellicule fondue dans un bain de refroidissement dont la surface est nécessairement assez grande., les vaguelettes ou l'agita- tion qui peuvent se produire à la surface du bain feront onduler la pellicule au lieu qu'elle suive un trajet en ligne droite de l'appareil d'extrusion à' la passe, créant ainsi des différences d'épaisseur et des défauts de surface dans la pellicule.
Bien que ces défauts ne soient pas toujours visibles à l'oeil nu avant que la pellicule ne soit soumise à d'autres traitements, à l'étirage par exemple, la pellicule finalement obtenue sera de qualité irré- gulière. Le procédé de la présente invention permet d'obtenir une pellicule ayant d'excellentes caractéristiques de surface,une épaisseur régulière et un aspect très uniforme.
Le procédé de 1?invention s9applique avec avantage à la fabrication de pellicules à partir de matières très mobiles à l'état fondu, donnant des pellicules relativement rigides par solidification. Ces pellicules sont les plus affectées par les vaguelettes et autres mouvements de 1?eau de refroidissement et en particulier par l'ébullition locale de cette eau.
Le procédé est très intéressant pour la fabrication de pellicules en téréphtalate de polyéthylène. Cette matière forme des pellicules rigides à partir d'une masse fondue extrêmement mobile,et la pellicule est exceptionnellement limpide et lustrée; mais ces qualités sont compromises si la pellicule n'est pas refroidie dans des conditions soigneusement réglées.
L'invention est illustrée mais non limitée par les exemples qui suivent.
EXEMPLE 1.
On fait fondre du téréphtalate de polyéthylène à haut degré de polymérisation et on l'extrude par un orifice en forme de fente de 203 mm de longueur et 0,4 mm de largeur. On fait passer verticalement la pellicule fondue dans un espace d'air de 50 mm jusqu'à la surface d'une masse d'eau contenue dans la passe d9une paire de rouleaux de l'appareil représenté dans les dessins. La pellicule passe ensuite entre deux tubes d'aspiration en direction de la passe des rouleaux. Les tubes d'aspiration sont des tubes de cuivre n 26 de 3/16 de pouce de diamètre extérieur et de 203 mm de longueur; chacun d'eux est percé de 11 trous de 1 mm de diamètre,régulièrement espacés, dirigés vers le bas mais inclinés vers la surface de la pellicule en formant un angle de 20 avec la verticale.
Les deux tubes sont reliés à des pompes à eau séparées pour l'entrainement rapide de 1?eau chaude du voisinage des surfaces de la pellicule. Le film se dirige vers la passe des rouleaux,qui sont des rouleaux de 100 mm de diamètre, chromés et polis, plongés dans Peau jusqu?aux deux-tiers de leur diamètre et tournant à une vitesse périphérique de 9 m à la minute. La pellicule, solidifiée avant d'atteindre la passe des rouleaux, s'enroule autour d'un des rouleaux, puis passe sur deux rouleaux fous vers le mandrin de bobinage.
Le niveau de la masse de liquide dans la passe est maintenu à une profondeur de 25 mm en réglant les plaques d'extrémité suivant la vi-
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tesse à laquelle l'eau est entraînée dans la passe à la surface des rouleaux et suivant la vitesse d'entraînement par les tubes d'aspiration. La vitesse d'extrusion de la pellicule est réglée relativement à sa vitesse d'entraine- ment de façon à amener la pellicule à une épaisseur finale de 0,2 mm.
La pellicule ainsi obtenue est d'excellente qualité, limpide, lustrée et exempte de défauts de surface.
EXEMPLE 2.
On extrude et on refroidit une pellicule de téréphtalate de polyéthylène à haut degré de polymérisation par un procédé identique à celui de l'exemple 1, mais les tubes d'aspiration sont remplacés par deux tubes de cuivre n 26 de 203 mm de longueur et environ 5 mm de diamètre extérieur, re- liés en parallèle à une source de méthanol circulant à la température de -20 C. Pour éviter de congeler l'eau de la masse, le méthanol ne circule dans les tubes que lorsque les rouleaux tournent. Les plaques d'extrémité sont placées un peu plus loin des bouts de la passe que dans l'exemple 1, pour maintenir la masse d'eau dans la passe à la même profondeur de 25 mm.
On obtient une pellicule d'excellente qualité, exempte de dé- fauts de surface.
EXEMPLE 3,
Avec le même appareil que dans l'exemple 1, mais sans les tubes d'aspiration ou autres dispositifs de refroidissement de l'eau dans la passe, on fabrique une pellicule de téréphtalate de polyéthylène à haut degré de polymérisation à la vitesse de 9m/min la vitesse d'extrusion et la largeur de l'orifice en forme de fente étant choisie pour obtenir une pelli- cule épaisse de 0,1 mm. La pellicule présente des défauts superficiels cau- sés par l'ébullition locale de l'eau.
La vitesse périphérique des rouleaux est ensuite portée à 21 m/min., le rendement de l'appareil d'extrusion étant accru dans une mesu- re correspondante pour obtenir une pellicule de la même épaisseur, 0,1 mm, et les plaques d'extrémité sont réglées pour maintenir la masse d'eau dans, la passe à la même profondeur de 25 mm. La pellicule produite dans ces con- ditions est d'excellente qualité et ne présente aucune trace de marques d'é- bullition ; la vitesse d'entrée de la masse fondue dans l'eau a été assez grande pour mettre l'eau en circulation dans la masse et éviter l'ébulliticn locale.
EXEMPLE 4.
Dans l'appareil et le procédé décrits dans l'exemple 1, l'eau dans le bain est remplacée par un mélange de 80% de glycérol et 20% d'eau.
Ce mélange est maintenu dans le bain à une température de 40 C en le pompant d'un côté du bain et en le renvoyant dans l'autre en passant par des serpen- tins de refroidissement. Les tubes d'aspiration ou autres dispositifs de refroidissement du liquide dans la passe sont supprimés; les rouleaux ne sont plongés que jusqu'au quart de leur diamètre, et les plaques d'extrémité sont placées à 12,5 mm des bouts de la passe. On fabrique suivant ce procédé une pellicule en téréphtalate de polyéthylène de 0,2 mm d'épaisseur à des vites- ses variant de 7 à 30 m/mino, ne présentant aucun défaut de surface. La pel- licule est d'excellente qualité dans tous les cas.
EXEMPLE 5.
A titre de comparaison, dans l'appareil et le procédé décrits dans l'exemple l, on plonge les rouleaux dans Veau à une profondeur dépas- sant de 1,5 mm leur diamètre de sorte que la surface interrompue par la pel- licule fondue entrant dans le bain s'étend sur toute la largeur de celui-ci.
Les rouleaux tournent à une vitesse périphérique de 9 m/min. et le rendement de l'appareil d'extrusion est réglé pour obtenir une pellicule de 0,2 mm d'épaisseur. On constate que les rides à la surface du bain, qui se produi- sent inévitablement au cours de la mise en oeuvre du procédé font dévier la
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pellicule fondue de son trajet normal et entraînent la formation d9ondula- tions par solidification de la pellicule. La pellicule ondulée'sortant du bain fait naître de nouvelles rides à la surface de l'eau, et ces rides'se propagent dans le bain et forment de nouvelles ondulations dans la'pellicule nouvellement extrudée.
Il s'établit ainsi un processus de formation de'pel- licule, à ondulations profondes et pratiquement régulières.
Ces ondulations ont, dans les conditions décrites, une ampli- tude de 38 mm environ et une prodondeur de 10 mm environ; elles rendent la pellicule inutilisable pour ses applications normales.
REVENDICATIONS.
1. Procédé de fabrication de pellicules, caractérisé en ce qu'on refroidit une pellicule extrudée à l'état fondu d'un composé linéaire synthétique à haut degré de polymérisation en la faisant passer vers le bas à l'état fondu dans une masse de lisuide de refroidissement entretenue dans la passe formée entre deux rouleaux tournant en sens opposés, les deux rou- leaux tournant à une vitesse périphérique égale et chaque rouleau tournant à l'endroit de la passe dans le sens d'avancement de la pellicule dans la passe.
2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les rouleaux tpurnant en sens opposés sont plongés à une profondeur inférieure à leur diamètre dans un bain du liquide, et la masse de liquide est formée et entretenue par du liquide entraîné dans la passe 8. la surface des rouleaux en rotation.