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PERFECTIONNEMENTS AUX PROCEDES ET DISPOSITIFS POUR ALLONGER LES PELLICULES
CONSTITUEES PAR UN PRODUIT POLYMERE.
La présente invention concerne un procédé et un appareil pour tendre et allonger longitudinalement d'une manière continue une bande en mouvement constituée par une pellicule polymère.
Il existe de nombreux polymères organiques, linéaires et synthétiques, que l'on peut produire en pellicules translucides ou transparentes possédant d'excellentes propriétés physiques. De telles pellicules sont d'une grande utilité dans un grand nombre d'applications, par exemple pour des empaquetages, dans certaines applications électriques, pour réaliser des revêtements de protection, pour remplacer le verre et les tissus, etc... D'autre part, certaines propriétés physiques de ces pellicules, telles que la résis- tance à la traction, la résistance au choc, la résistance aux flexions répétées, la perméabilité à la vapeur d'eau et aux vapeurs organiques, ne peuvent concurrencer les mêmes propriétés physiques possédées par d'autres types de pellicules, de toiles, etc...
Il est cependant possible, dans la plupart des cas, d'améliorer ces propriétés physiques en étirant les pellicules dans une seule direction, ou dans deux directions, c'est-à-dire dans le sens longitudinal et dans le sens transversal. D'autre part, avec certaines matières, une telle extension peut également produire un changement des propriétés optiques.
On a déjà utilisé dans le passé un grand nombre de procédés et d'appareils perfectionnés, pour tendre des pellicules obtenues à partir de compositions organiques polymères bien connues. Cependant, malgré ces perfectionnements, le problème principal de la production continue d'une pellicule tendue uniformément reste encore à résoudre dans les techniques connues de tension des pellicules. Une pellicule tendue uniformément est une pellicule dans laquelle l'épaisseur et la largeur ont été réduites uniformément et dans laquelle les molécules ont une orientation uniforme décèlée par des mesures de biréfringence.
Dans le cas d'une extension continue dans la direction longitudinale, il est extrêmement désirable de réduire l'épaisseur de la pellicu-
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le à un calibre uniforme, tout en ne réduisant uniformément la largeur de la pellicule qu'à un degré minimum..
Le moyen le plus simple et le plus économique pour tendre longitudinalement une pellicule polymère comprend un groupe de rouleaux entrainés, parallèles et horizontaux, assez rapprochés les uns des autres et désignés généralement sous l'appellation de "rouleaux lents";, ce premier groupe étant suivi d'un deuxième groupe de rouleaux, également horizontaux et parallèles, ainsi qu'assez rapprochés les uns des autres, qui sont entraînés à une vitesse plus élevée et qu.'on appelle "rouleau rapides". Pour que l'on puisse saisir solidement la pellicule à tendre., chaque groupe doit comporter au moins trois rouleaux.
L'allongement de la pellicule-est produit entre là dernier rouleau lent et le premier rouleau rapide (distance d'allongement), et le rapport d'allongement, c'est-à-dire la proportion suivant laquelle la pellicule est allongée, est déterminé par la différence de vitesse entre les rouleaux lents et les rouleaux rapides. La grave objection que l'on fait généralement à cette disposition est que la pellicule a tendance à "s'étrangler", c'est-à-dire à réduire sa largeur, d'une manière excessive et non uniforme quand elle franchit la distance d'allongement. Pour obvier à cette difficulté, on a proposé de placer tout près l'un de l'autre le dernier rouleau lent et le premier--rouleau rapide et de diminuer ainsi la distance d'allongement.
Cependant, quand on diminue par cet expédient la distance d'allongement suffisamment pour ramener 1,*étranglement dans des limites acceptables, on s'aperçoit que cette distance est alors insuffisante pour réaliser une extension longitudinale, continue et uniforme, à des vitesses d'extension réalisables commercialement et avec des rapports d'allongement relativement élevés.
La présente invention a pour but en particulier de réaliser un procédé continu et un appareil pour allonger longitudinalement une pellicule polymère sur des distances d'allongement assez grandes tout en empêchant un "étranglement excessif" et non =!forme. Elle se propose également de réaliser un procédé continu et un appareil pour allonger longitudinalement une pellicule polymère avec des vitesses d'allongement relativement élevées et des rapports d'allongement supérieurs à 1,5. Un autre but de l'invention est de réaliser un procédé continu et un appareil pour tendre longitudinalement une pellicule polymère en vue de produire une pellicule de calibre uniforme, en ne diminuant sa largeur que jusqu'à, un degré minimum.
Dans le procédé confonde à l'invention, et ayant pour but de tendre longitudinalement une bande continue en mouvement constituée par une pellicule polymère, on tend longitudinalement et d'une manière continue la bande en mouvement en la soumettant à des forces de traction opposées agissant dans le sens de sa longueur et sur une distance assez importante., et on maintient la bande, entre les points d'application de ces deux forces, en contact avec plusieurs rouleaux, parallèles et assez rapprochés les uns des autres, chaque rouleau pouvant tourner librement autour d'un axe perpendiculaire à l'axe longitudinal de la bande.
Les forces opposées de tension sont ob- tenues¯de préférence au moyen de deux groupes de rouleaux entraînés positivement et produisant la tension désirée, le nombre des rouleaux fous et parallèles disposés entre les rouleaux de tension étant tel que le dernier rouleau fou tourne sensiblement à la même vitesse que les rouleaux rapides; la distance entre les circonférences du dernier rouleau lent entraîné positivement et du premier rouleau fou, la distance entre ces circonférences des rouleaux fous adjacents, et la distance entre les circonférences du dernier rouleau fou et du premier rouleau rapide ne dépassent en aucun cas 1,3 à 5 fois l'épaisseur de la pellicule avant son allongement.
Les exemples suivants serviront à illustrer les principes et la réalisation pratique de la présente invention; on se réferera dans ces exemples au dessin annexée dans lequel :
La figure 1 représente schématiquement une forme de réalisation préférée d'un dispositif d'extension continue et longitudinale conforme à l'invention; la figure 2 montre les variations du rapport d'allongement (or-
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donnée), en fonction du nombre des rouleaux fous (abscisse).
Si l'on considère la figure 1, on voit que le dispositif de ten- sion longitudinale comprend trois groupes de rouleaux horizontaux disposés parallèlement les uns aux autres. Le premier groupe comprend cinq rouleaux A, B, C, D, E, qui sont entraînés po-sitivement et qui sont les "rouleaux lents". Le groupe suivant comprend neuf rouleaux qui sont numérotés de 1 à 9 inclusivement et qui sont les rouleaux fous sur lesquels se produit l'extension. Le dernier groupe comprend cinq rouleaux F, G, H, I, J, qui sont entraînés positivement à une plus grande vitesse,que les rouleaux lents et qui sont de ce fait appelés "rouleaux rapides". Comme on l'a indiqué précédemment, la différence des vitesses détermine le rapport d'allongement.
Tous les rouleaux de la section d'allongement longitudinal sont chromés; chaque rouleau a une longueur de 75 cm. et un diamètre extérieur de 11,2 cm. La distance entre les circonférences des rouleaux lents adjacents et des rouleaux rapides adjacents est égale à 10 cm. La distance entre les circonférences du dernier rouleau lent et du premier rouleau fou, du dernier rouleau fou et du premier rouleau rapide, entre les rouleaux fous adjacents, est égale à 0,3 mm. Comme on le voit sur la figure 1, les rouleaux alternés de chaque groupe sont dans un même plan horizontal.
EXEMPLE 1.
Un téréphtalate polymère de polyéthylène glycol préparé par échange d'ester entre les téréphtalates de diméthyle et d'éthylène glycol, confor- mément au procédé général décrit dans le brevet des E.U,A. n 2.465.319 du 22 mars 1949 aux noms de Whinfield et Dickson, fut refoulé sous. la forme d'une pellicule de 50 cm de largeur et de 0,1 mm d'épaisseur. Cette pellicule était à l'état amorphe. Les deux extrémités de l'ouverture de la trémie de refoulement étaient élargies de manière à produire une pellicule avec des bourrelets sur ses bords. Les bourrelets marginaux avaient une largeur de 6 mm et une épaisseur de 0,225 mm.
Pour allonger cette pellicule de 3 fois sa longueur dans la dire ction longitudinale, les conditions suivantes furent réalisées. Tous les rouleaux étaient chauffés intérieurement de manière que leurs surfaces soient à une température comprise entre-05 et 900C. Tous les rouleaux lents étaient entraînés à une vitesse de 8,8 mètres à.la minute, et les rouleaux rapides étaient entraînés positivement à une vitesse d'environ 24,29 mètres à la minu- te . Ces valeurs représentent un rapport d'allongement d'environ 2,75. Pour déterminer le nombre des rouleaux fous nécessaires à l'obtention d'un allongement longitudinal uniforme, on mesura la vitesse des rouleaux fous alternés et les valeurs trouvées ont été enregistrées dans le tableau 1 ci-dessous.
Tableau 1.
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<tb>
<tb>
Numéro <SEP> du <SEP> rouleau <SEP> Vitesse <SEP> des <SEP> rouleaux
<tb> ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> (en <SEP> mètres <SEP> à <SEP> la <SEP> minute
<tb> Dernier <SEP> rouleau <SEP> lent <SEP> entraîne <SEP> 8,8
<tb> Premier <SEP> rouleau <SEP> fou <SEP> 15,19
<tb> Troisième <SEP> rouleau <SEP> fou <SEP> 22,47
<tb> 5éme <SEP> rouleau <SEP> fou <SEP> 23,.47
<tb> 7ème <SEP> rouleau <SEP> fou <SEP> 24,11
<tb> 9éme <SEP> rouleau <SEP> fou <SEP> 24,29
<tb> 2éme <SEP> rouleau <SEP> rapide <SEP> entraîné <SEP> 24,29
<tb>
La pellicule allongée longitudinalement que l'on obtenait ainsi avait une épaisseur uniforme de 0,035 mm. De plus, cette pellicule avait une largeur uniforme d'environ 45 cm. et elle était extrêmement transparen- te.
On voit clairement sur le tableau 1 que l'allongement longitudinal était réalisé sur une distance représentée par la longueur de pellicule s'étendant sensiblement du dernier rouleau lent au 6éme ou au 7éme rouleau fou. Ceci est indiqué par le fait que le 6éme rouleau fou tournait à peu près à la même
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vitesse que les rouleaux rapides. L'allongement progressif de la pellicule, depuis son état non tendu jusqu'à environ 2,75 fois sa longueur primitive, est clairement indiqué sur la figure 2 qui donne les variations du rapport d'allongement en fonction du numérotage des rouleaux fous.
Cet exemple montre donc que, pour effectuer un allongement longitudinal qui soit progressif et unifor- me dans les conditions données, il. faut à peu près 6 rouleaux fous pour obtenir l'allongement uniforme optimum.
EXEMPLE 2.
Les conditions indiquées pour l'exemple 1 étaient ici exactement les mêmes, avec cette différence cependant que les rouleaux lents étaient entraînés à une vitesse d'environ Il .,55 mètres à la minute et que les rouleaux rapides étaient entraînés à une vitesse d'environ 34,48 mètres à la minute. Cette différence de vitesse représente un rapport d'allongement d'environ 2,96. Le tableau 2 ci-dessous donne la vitesse de chacun des rouleaux fous alternés dans ces conditions.
TABLEAU 2.
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<tb>
<tb>
Numéro <SEP> du <SEP> rouleau <SEP> Vitesse <SEP> du <SEP> rouleau
<tb> (mètres <SEP> à <SEP> la <SEP> minute)
<tb> Dernier <SEP> rouleau <SEP> lent <SEP> entraîné <SEP> 11,55
<tb> Premier <SEP> rouleau <SEP> fou <SEP> @ <SEP> @ <SEP> 18,47 <SEP> ' <SEP>
<tb> Troisième <SEP> rouleau <SEP> fou <SEP> 25
<tb> 5ème <SEP> rouleau <SEP> fou <SEP> 29,84
<tb> 7éme <SEP> rouleau <SEP> fou <SEP> 32,12
<tb> 9ème <SEP> rouleau <SEP> fou <SEP> 33,67
<tb> 2ème <SEP> rouleau <SEP> rapide <SEP> entraîné <SEP> 34,48
<tb>
Le tableau 2 montre que 9- bouleaux fous au moins, ce qui représente une distance d'allongement équivalente à la longueur de pellicule s'étendant depuis le dernier rouleau lent jusqu'au 9éme rouleau fou, fonctionnaient pour allonger uniformément la pellicule dans les conditions données, depuis une épaisseur primitive de 0,
1 mm à une épaisseur uniforme de 0,0337 mm.
La figure 2 montre l'allongement progressif de la pellicule' sur les rouleaux fous. Dans les conditions de cet exemple, la pellicule résultante obtenue avait une épaisseur uniforme'' et une largeur uniforme (45 cm); de plus elle était parfaitement transparente.
Il est bien entendu que les exemples précédents,ne servent qu'à illustrer l'invention et que celle-ci consiste, d'une manière générale, à allonger longitudinalement une pellicule polymère soumise à des forces de tension opposées agissant dans le sens de sa longueur, la tension uniforme étant réalisée sur un certain nombre de rouleaux fous parallèles disposés entre les dites forces de tension.
En dehors du téréphtalate de polyéthylène glycol et d'autre types analogues de polyesters linéaires et synthétiques, la présente invention peut être aussi parfaitement appliquée à des pellicules formées par de nombreux autres types de polymères synthétiques, organiques et linéaires, tels que les polyamides (par exemple l'adipamide de polyhexaméthylène, la séba#amide de polyhexaméthylène, la plolycaproamide, et d'autres types décrits dans les brevets des E.U.. n 2.071.250 du 16 février 1937 et n 2.071.253 du 16 février 1937)3'le chlorure de vinylidène, l'hydrochlorure de caoutchouc, le polystyrène, l'alcool de polyvinyle, les acétals de polyvinyle, certains composés de vinyle,
tels que l'acétate - chlorure copolymère de vinyle, et différents autres polymères qui peuvent être allongés à différentes températures.
Les différentes conditions essentielles de l'allongement, c'est- à-dire le rapport d'allongement, la vitesse d'allongement, la température, -etc... dépendent entièrement de la composition de la pellicule polymère particulière utilisée et de l'utilisation finale envisagée pour la pellicule allongée.
Pour différentes utilisations, telles que rubans adhésifs et rubans électriques,
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il est important que la pellicule ne soit allongée que dans la direction longitudinale. Ceci provient du fait que la résistance à la traction dans le sens longitudinal doit être maxima, la résistance au cisaillement dans le sens transversal devant être également'maxima. Au contraire, pour d'autres applica- tions, par exemple l'empaquetage, il est essentiel que les pellicules soient allongées dans les deux sans, longitudinal et transversal, pour obtenir une feuille équilibrée. En ce qui concerne la température, il est',bien connu que les températures, auxquelles les différentes compositions doivent être allongées, varient dans une marge étendue en fonction des polymères particuliers utilisés.
Dans la plupart des cas, la gamme de températures à laquelle une pellicule peut être allongée a une importance extrêmement grande, et,une pellicule doit souvent être allongée dans le sens transversal à une température différente de celle à utiliser pour son allongement dans le sens longitudinal.
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Ceci est vrai en particulier pour les pa:.! J j C1{s,en"¯térpht.UÀtes(li'e polyéthylè- ne. Généralement, on allonge les pellicules à des températures supérieures à la température ambiante, il est nécessaire de maintenir les rouleaux d'extension entrainés positivement et les rouleaux fous aux températures nécessaires. Ceci est réalisé généralement par chauffage intérieur à l'eau chaude ou à la vapeur. Quelques pellicules polymères peuvent être au contraire allongées à la température ambiante. En général, la gamme des températures dans laquelle les différentes pellicules polymères peuvent être allongées affecte également la vitesse avec laquelle on peut allonger la pellicule.
Il est évidemment extrêmement désirable de pouvoir allonger une pellicule d'une maniè- re continue et à des vitesses relativement élevées, c'est-à-dire allant de 68,25 à 182 m à la minute; cependant, avec certaines pellicules, même dans les conditions optima de température, il existe une vitesse limite d'allongement de la pellicule (au-dessus de cette vitesse, 'l'allongement n'est pas uniforme et la pellicule se brise), et cette vitesse limite dépend du rapport d'allongement particulier recherché.
Le procéde conforme à la présente, invention est efficace pour obtenir un allongement uniforme, quand on utilise des rapports d'allongement et des vitesses d'allongement relativement élevés. Le nombre des rouleaux fous nécessaires pour obtenir un allongement uniforme optimum augmente en même temps que le rapport d'allongement et la vitesse d'allongement. Par exemple, si les rouleaux lents tournent à une vitesse de 4,55 m à la minute (vitesse inférieure à la vitesse minima réalisable commercialement) et si le rapport d'allongement est égal à 3 (ceci signifie que les rouleaux rapides tournent à la vi-' tesse de 27,3 m à la minute), l'emploi de rouleaux fous n'est pas nécessaire pour obtenir un allongement uniforme.
Au contraire, lorsque la vitesse d'allongement et/ou le rapport d'allongement augmentent, le nombre des rouleaux fous nécessaires pour obtenir un allongement uniforme augmente, et ce nombre est fixé par les conditions particulières de l'allongement et la nature de la pellicule polymère à traiter. Gomme on l'a indiqué précédemment, les conditions d'allongement comprennent principalement la vitesse d'allongement, le rapport d'allongement et la température. D'autre part, le polymère particulier qui constitue le film et l'épaisseur de celui-ci ont également une influence sur le nombre des rouleaux fous nécessaire pour réaliser un allongement uniforme.
Le nombre des rouleaux fous utilisés est donc tel que le dernier rouleau fou tourne à peu près à la même vitesse que les rouleaux rapides. Il est évident que les rouleaux fous supplémentaires, qui tournent exactement à la même vitesse que les rouleaux rapides, agissent simplement comme des rouleaux rapides supplémentaires et ne jouent aucun raie utile, en ce qui concerne l'obtention d'un allongement progressif. Comme on le voit sur la figure 2, la pellicule polymère se rapproche graduellement de son état final en passant d'un rouleau fou au rouleau fou suivant.
La distance entre le dernier rouleau lent et le premier rouleau fou, la distance entre les rouleaux fous adjacents et la distance entre le
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dernier rouleau fou et le premier rouleau rapide,doiven#lBtre ".aasez 'v.oi.s1nes pour réaliser sensiblement une application continue des forces latérales de réaction sur la pellicule. On a trouvé que cette distance doit être comprise entre 1,5 et 5 fois l'épaisseur de la pellicule non allongée. Un intervalle notablement plus grand provoque un étranglement excessif de la pellicule et
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les avantages de la présente invention sont alors perdus. En général, la distance entre les rouleaux lents adjacents et les rouleaux rapides adjacents n'a pas d'importance, parce qu'aucun allongement ne se produit entre ces rouleaux.
En prenant pour base le fait que la distance entre le dernier rouleau lent et le premier rouleau fou, la distance entre les rouleaux fous adjacents et la distance entre le dernier rouleau fou et le premier rouleaurapide ne doivent pas dépasser 1,5 à 5 fois 1''épaisseur de la pellicule avant son allongement, et en utilisant le nombre optimum de rouleaux fous, on obtient une réduction minima de la largeur de la pellicule après son allongement longitudinal, c'est-à-dire une réduction d'environ 10 %. Ceci suppose qu'il n'y a pas ou qu'il n'y a que très peu de glissement transversal de la pellicule.
En réalisant le nombre des rouleaux fous en dessous du nombre optimum, on peut commander la valeur de la réduction de largeur ou "étranglementit de la pellicule jusqu'à une valeur quelconque pouvant atteindre un maximum compris à peu près entre 25 et 35 %, quand on n'emploie pas de rouleaux fous. Quand une matière polymère en feuille est soumise à un allongement par l'application de forces opposées de tension, elle a tendance naturellement à prendre la plus petite largeur possible compatible avec l'amplitude des forces de tension appliquées et des caractéristiques physiques de la matière.
L'allongement d'une matière en pellicule ou en feuille, sans opposition à la réduction de la largeur, effectue l'orientation moléculaire, telle qu'elle est mesurée par biréfringence. Le procédé de la présente invention est étudié spécialement pour diminuer la réduction de largeur de la pellicule, et l'allongement obtenu par ce procédé ne produit par l'orientation moléculaire maxima réalisable, Cependant, la différence entre l'orientation maxima réalisable et celle obtenue par le présent procédé n'est pas appréciable si l'on considère l'amélioration globale des propriétés physiques par rapport à celles de la pellicule non tendue.
Le présent procédé peut être appliqué à des pellicules, feuilles, bandes, rubans, etc... polymères d'une épaisseur particulière quelconque, sauf en ce qui concerne les feuilles suffisamment épaisses pour ne plus pouvoir être considérées comme des pellicules. Généralement, les feuilles dont l'épaisseur est supérieure à 2,5 mm sont trop épaisses pour être allongées dans le dispositif courant.
REVENDICATIONS.
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===:=====s:=:====:=:=:=:=:==:==:===:=s====s:=:
1. - Procédé pour allonger longitudinalement une bande continue en mouvement d'une pellicule polymère, caractérisé en ce qu'on tend longitudinalement et d'une manière continue la bande en mouvement entre des forces de tension opposées agissant dans le sens de la longueur de la bande sur une distance appréciable, et on maintient la bande, entre les dites forces, en contact avec plusieurs rouleaux fous, parallèles et rapprochés, chaque rouleau pouvant tourner librement sur un axe perpendiculaire à l'axe longitudinal de la bande.