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La présente invention se rapporte à la fabrication de pellicules et particulièrement à oelle de pellicules tubulaires, & partir de matières thermoplastiques organiques synthétiques.
Comme on ne peut admettre que de petites variations d'épaisseur dans les pellicules tubulaires et que ces pellicules doivent présenter une .surface parfaite dans la plupart des applications, il faut que les filières utilisées pour la fabrication des pellicules par extrusion à l'état fondu puissent-fournir un tube présentant de faibles écarts d'épaisseur, et qu' elles aient des surfaces d'extrusion lisses.
La première de ces conditions est importante quelle que soit la matière extrudée; la seconde est parti- culièrement importante pour l'extrusion de masses fondues de faibles vis- cosités, par exemple de polyamides et de polyesters linéaires à poids molé- culaire élevé, particulièrement le téréphtalate de polyéthylène dont l'as- pect et les propriétés mécaniques peuvent être très facilement détériorés même par de petites imperfections des surfaces d'extrusion. Les surfaces de la filière, qui doivent délimiter un passage d'extrusion très étroit sont facilement endommagées '., lors du montage de l'appareil et au cours de l'extrusion; par exemple, elles sont exposées à être rayées par des particules de poussière ou d'autres particules solides qui peuvent se trou- ver dans le polymère fondu.
Les filières utilisées jusqu'à présent pour la fabrication de pel- licule tubulaire avaient des surfaces cylindriques ou coniques et ces fi- lières souffrent de deux inconvénients inhérents : tout d'abord, il est difficile d'obtenir et de conserver des surfaces d'extrusion parfaitement cylindriques et lisses; en second lieu, il est difficile de modifier la lar- geur de l'orifice de la filière sur une petitepartie de sa périphérie sans modifier la largeur du reste de l'orifice.
Pour l'extrusion de masses fon- dues d'une grande viscosité, ce dernier inconvénient peut être supprimé en grande partie en refroidissant, de façon différente, le tube extrudé, ou en chauffant de façon différente (la filière autour de sa circonférence pour compenser les différences d'écoulement de la matière autour de la filière;
la première difficulté est moins critique pour les masses de grande vis- cosité parce qu'on peut admettre une qualité de surface moins élevée que pour les masses de faible viscosité, et on peut donc obtenir des surfaces cylindriques ou coniques suffisamment lisses* Mais pour des masses fon- dues à faible viscosité, il y a lieu de conserver aux surfaces d'extru- sion un poli élevé qu'il est difficile d'obtenir par polissage en gardant en même temps des surfaces parfaitement cylindriques et concentriques. En outre, on n'a pas trouvé possible de roder et de polir une surface cylin- drique ou conique au poli nécessaire pour l'extrusion à l'état fondu de mas- ses de faible viscosité dans le but d'obtenir des pellicules tubulaires dont la surface est de qualité supérieure.
Les variations de l'écoulement de la masse fondue en différents points de l'orifice de la filière sont moins facilement corrigées par un chauffage ou un refroidissement différent dans le cas de masses fondues de faible viscosité.
Un but de la présente invention est de procurer un procédé et un appareil perfectionnés pour l'extrusion à l'état fondu de pellicules tubu- laires, dans lesquels des surfaces d'extrusion lisses peuvent être facile- ment obtenues et conservées. Un autre but est de procurer un appareil pour l'extrusion à l'état fondu de pellicules tubulaires dans lequel la largeur de l'orifice de la filière est localement réglable sur de petites sections de la circonférence*
Suivant la présente invention, dans un procédé perfeotionné de fabrication de pellicules tubulaires on extrudé une matière synthétique or- ganique thermoplastique à l'état fondu par l'orifice périphérique d'un pas-
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sage d'extrusion annulaire formé entre les surfaces sensiblement planes,
horizontales et parallèles d'une filière annulaire qui se termine par une surface d'extrusion annulaire et sensiblement plane perpendiculaire à son axe, et une plaque de filière opposée qui ne comporte aucune saillie fi- xée en permanence qui dépasse le plan de sa surface d'extrusion.
La plaque de filière opposée est de préférence une plaque ou autre élément monté de façon amovible sur un noyau placé dans le filière an- nulaire, la région annulaire extérieure de la surface de la plaque ou autre élément qui forme la surface d'extrusion faisant face à celle de la filière annulaire et étant sensiblement parallèle à cette dernière surface.
Les surfaces d'extrusion utilisées dans le procédé de l'invention étant des surfaces planes sans saillie fixe peuvent être facilement rodées, par exemple à l'aide d'appareils d'optique., et le -poli des surfaces acci- dentellement rayées peut être ainsi facilement rétabli.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, un appareil de fabrication d'une pellicule tubulaire par extrusion d'une matière thermo- plastique à l'état fondu comprend un ensemble de filière et un dispositif y introduisant continuellement une matière thermoplastique fondue sous pression, cet ensemble de filière comprenant une filière annulaire se ter- minant par une surface d'extrusion annulaire et plane perpendiculaire à son axe, et une plaque de filière opposée ayant une surface d'extrusion plane, les dites surfaces d'extrusion étant susceptibles de former ensem- ble, entre elles, un passage d'extrusion annulaire à parois parallèles comportant un orifice périphérique, et la plaque de filière précitée ne présentant aucune saillie fixe au delà du plan de la surface d'extrusion.
L'ensemble de filière comprend, de préférence, une filière annulai- re extérieure se terminant par une surface d'extrusion plane perpendicu- laire à l'axe de la filière; un noyau enfermé dans la filière extérieure et formant avec elle un passage tubulaire pour la matière fondue; et, monté de façon amovible sur l'extrémité de ce noyau, une plaque ou élément sem- blable présentant une surface d'extrusion annulaire et plane opposée et pa- rallèle à celle de la filière extérieure et formant avec celle-ci un pas- sage d'extrusion annulaire se terminant par un orifice annulaire, la plaque ou élément semblable ne comportant aucune saillie fixée en permanence qui dépasse le plan de sa surface d'extrusion annulaire.
Une forme de l'appareil préféré convenant pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention est représentée schématiquement sur la fig. 1 des dessins annexés, où 1 est la filière annulaire extérieure présentant une surface d'extrusion annulaire'horizontale 2 ; 3 est le noyau de la tête d'extrusion sur lequel est monté la plaque de filière 4. Cette plaque de filière présente une surface d'extrusion annulaire horizontale 5 qui forme avec la surface d'extrusion de la filière extérieure le passage d'extrusion annulaire 6, 7 est l'orifice périphérique dupassage d'extrusion et 8 sont des boulons (au nombre de 4) fixant la plaque de filière sur le noyau de la tête d'extrusion.
Ce noyau est d'une pièce avec la bride 9 et coulisse dans la filière extérieure, où il est centré par des oreilles 10. 11 sont des bou- lons fixant le noyau à la filière extérieure; 12 est un anneau de matière élastique servant de joint entre le noyau et la plaque de filière et empê- chant le polymère fondu de s'échapper; 13 est une bride reliant l'ensemble de la filière à un appareil d'extrusion introduisant continuellement une matière thermoplastique à l'état fondu dans l'ensemble de filière; et 14 est un passage pour de l'air ou un autre gaz.
Idéalement, les deux surfaces d'extrusion sont parfaitement planes et parallèles, mais en pratique on a trouvé-avantageux de prévoir un dis-
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positif permettant un faible réglage de la largeur de l'orifice d'extrusion en différents points de sa circonférence pour compenser de petites varia- tions locales du courant ou de la température et de la viscosité de la matiè- re fondue. On peut, par exemple, munir une des filières d'une lèvre légère- ment flexible portant la surface d'extrusion et placer à plusieurs endroits autour de cettelèvre un dispositif permettant de la rapprocher ou de l'é- loigner localement de la surface d'extrusion opposée.
La fige 2 représente schématiquement une variante de l'appareil de la fig. 1 où la filière extérieure est munie d'une lèvre légèrement fle- xible 21. Cette lèvre fait saillie sur le corps principal de la filière et peut être écartée ou rapprochée de la surface d'extrusion de la plaque de filière par plusieurs boulons ou vis 22 traversant la saillie circulai- re 23. Les boulons ou vis 22 sont répartis régulièrement sur la circonfé- rence de la filière et peuvent être réglés individuellement autour de la filière pour que la pellicule achevée ait une épaisseur uniforme dans toutes les parties de sa circonférence.
Le réglage de la largeur de l'orifice d'extrusion, dans l'appareil représenté sur les dessins annexés, dans le but de compenser l'enlèvement de matière des surfaces de filière lorsque celles-ci sont rodées pour les repolir, peut être effectué par les boulons 8 et si nécessaire en rodant la face inférieure du noyau 3. On peut également compenser l'effet du rodage des surfaces de filière en plaçant initialement des rondelles entre les sur- faces horizontales en contact des parties de la filière, ces rondelles étant retirées suivant les besoins. Les mêmes procédés peuvent être utilisés pour régler la largeur de l'orifice d'extrusion suivant l'épaisseur voulue pour @ la pellicule.
L'épaisseur totale de métal qui peut être enlevée par rodage de la filière annulaire et de la filière à noyau ou plaque de filière peut, par un réglage approprié, atteindre l'épaisseur à laquelle le diamètre exté- rieur des filières reste constant. Pour la filière à noyau ou plaque de filière, cette épaisseur ne dépasse de préférence pas 2,5 mm, sinon la ma- tière thermoplastique fondue pourrait l'endommager. Même lorsqu'il devient nécessaire, après des rodages répétés des surfaces d'extrusion de l'appareil préféré de la présente invention, de remplacer la plaque de filière, le coût de ce remplacement est négligeable comparé au remplacement continuel d'une filière présentant une surface d'extrusion cylindrique ou conique, du type utilisé jusqu'à présent dans l'extrusion des pellicules tubulaires.
Si on le désire, la surface d'extrusion de la filière annulaire peut être égale- ment la surface d'une plaque plane ou élément remplaçable analogue, de forme annulaire en ce cas, monté de façon amovible à joint étanche sur le corps principal de la filière annulaire,.
Dans la mise en oeuvre du procédé de la présente invention, la ma- tière thermoplastique extrudée en premier lieu tombe à l'écart de la surface extérieure de la filière à noyau, vu la vitesse à laquelle elle émerge, La matière extrudée est amenée à l'état solide par un refroidissement aussi rapide que possible et lorsqu'on extrude une pellicule complètement tubu- laire, ce tube peut être aplati à une distance appropriée de la filière et dirigé vers un rouleau d'envidage. La vitesse d'extrusion empêche la matiè- re fondue d'abimer la surface externe de la filière à noyau même en l'ab- sence d'une pression de gonflement (venant s'ajouter à celle qui se crée lorsque la pellicule tubulaire est aplatie) à l'intérieur de la pellicule tubulaire.
Si on le désire, toutefois, une pression supplémentaire peut être introduite par le passage 14 de l'appareil représenté dans les dessins annexés; on peut par exemple utiliser cette pression pour gonfler la pelli- cule tubulaire à un diamètre supérieur à celui qui résulte simplement de la
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vitesse d'extrusion.
Le meilleur procédé de refroidissement de la pellicule tubulaire extrudée dépend de la nature de la matière thermoplastique utilisée.
Pour des matières donnant une masse fondue très mobile, comme le téréphta- late de polyéthylène, il est préférable de refroidir brusquement la pelli- cule en la faisant descendre en contact avec un liquide de refroidissement de préférence de l'eau.
Un procédé particulièrement avantageux pour le refroidissement de la pellicule tubulaire extrudée par un liquide de refroidissement, assu- rant en même temps que la pellicule soit exactement centrée et uniformément refroidie est décrit dans la demande de brevet anglais n 21273/53. Ce procédé consiste à faire descendre le tube dans un passage qui, au moins à son entrée, a une section transversale pratiquement circulaire et dont les parois sont intérieurement baignées d'un liquide de refroidissement s'écou- lant vers le bas, de l'eau par exemple, qui entre en contact avec toute la surface externe du tube traversant le passage et la refroidit.
Le li- quide de refroidissement est de préférence continuellement amené d'une masse de liquide qui entoure et refroidit la surface extérieure du passage Lorsque ce procédé est utilisé pour refroidie la pellicule extrudée par le procédé de la présente invention, le diamètre du passage est de préfé- rence plus grand que le diamètre extérieur de la filière à l'orifice d' extrusion, et l'appareil de refroidissement peut être initialement cen- tré.; sous l'orifice et à une distance appropriée de celui-ci.
La matière initialement extrudée descend alors dans le passage et lorsqu'elle est uniformément extrudée tout autour de la filière, l'appareil de refroidisse- ment peut être graduellement rapproché de l'orifice; il peut, si on le dé- sire, être relevé jusque à ce qu'il entoure l'orifice et que la matière extru- dée sorte de l'orifice d'extrusion directement contre la paroi baignée d' eau du passage. L'appareil de refroidissement peut toutefois être maintenu sous l'orifice d'extrusion, et la pellicule extrudée peut descendre sans support jusqu'à l'entrée du passage.
L'espace maximum qui peut être laissé entre l'orifice d'extrusion et l'appareil de refroidissement dépend de la viscosité de la matière extrudée; par exemple, un espace d'environ 13 mm peut être laissé dans le cas du téréphtalate de polyéthylène tandis que les pellicules formées de masses fondues plus visqueuses peuvent être entraînées sans support beaucoup plus loin. Lorsque l'espace entre l'appareil de re- froidissement et l'orifice d'extrusion est suffisamment grand, le diamètre du passage de refroidissement peut être égal ou légèrement inférieur au dia- mètre d'extrusion de la filière, à condition que la vitesse de bobinage de la pellicule dépasse suffisamment la vitesse d'extrusion pour permettre une réduction correspondante du diamètre de la pellicule tubulaire.
Lorsqu'on extrude des masses fondues très visqueuses, par exemple de polyéthylène il n'est pas nécessaire de prévoir un appareil de refroi- dissement à l'eau parce que les pellicules peuvent être adéquatement re- froidies à l'air, par exemple par des jets d'air froids uniformément ap- pliqués autour de la circonférence de la pellicule. Dans ces cas, l'en- semble de filière peut être avantageusement dirigé verticalement vers le haut, la pellicule sortant de l'appareil d'extrusion dans cette direction.
Des variations de la largeur de l'orifice ou de l'écoulement du polymère autour de la filière de l'appareil représenté dans les dessins annexés peuvent être corrigées en réglant les boulons 8, en agissant sur l'anneau élastique 12, et dans l'appareil de la fige 2, en réglant les bou- lons 22. Des variations résiduelles de l'épaisseur de la pellicule extru- dée causées par des variations dans le courant de matière en différents points autour de la filière peuvent être également corrigées si on le dé-
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sire en chauffant de façon différente la filière autour de l'orifice d'ex- trusion, comme décrit dans la demande de brevet anglais n 31484/53.
Des variations de l'épaisseur d'ensemble de la pellicule peuvent être obtenues en modifiant la vitesse d'entrainement tout en maintenant une vitesse d'extrusion constante. La vitesse d'entraînement doit toutefois être toujours suffisante pour empêcher que la pellicule s'affaisse et se replie. Au lieu de l'appareil d'extrusion mentionné plus haut, tout autre moyen approprié peut être utilisé pour alimenter continuellement l'ensemble de la filière de polymère fondu. Par exemple, une pompe à engrenage ou pompe de mesure, alimentée de polymère fondu provenant du réservoir de fu- sion, peut être utilisée.
Des pellicules planes peuvent être obtenues en fendant la pelli- cule tubulaire obtenue par le procédé de l'invention
L'invention est illustrée, mais non limitée, par les exemples qui suivent.
EXEMPLE 1.-
On utilise pour l'extrusion d'une pellicule tubulaire de téréphta - late de polyéthylène d'un poids moléculaire moyen de 10.000, un appareil d'extrusion et un montage de filière représenté sur la fige 1 des dessins annexés avec un appareil de refroidissement du type décrit plus haut et dans la demande de brevet anglais n 21.273/53.
L'orifice d'extrusion s'étend autour d'un cercle de 3,98 pouces (100 mm) de diamètre et est ré- glé à une largeur de 0,008 pouce (0,2 mm) et le polymère est extrudé à une température-de 295 C aux lèvres de la filière et à une vitesse de 60 livres/ heure (27 kg/h). L'appareil de refroidissement a un diamètre intérieur de - 4 pouces (101 mm) comptenu tenu de 0,005 pouce (0,12 mm) pour l'eau qui ruisselle à sa surface, et lorsque l'extrusion du polymère est devenue uni- forme, l'appareil de refroidissement est graduellement relevé jusqu'à ce qu'il se trouve à un huitième de pouce (3,1 mm) plus bas que l'orifice d' extrusion. De l'eau froide ruisselle sur la paroi de l'appareil de refroi- dissement à la vitesse de 2,2 litres/minute.
A sa sortie du passage de 1' appareil de refroidissement, la pellicule est graduellement aplatie par une paire de plaques convergentes planes en métal poli et finalement par une paire de rouleaux pinceurs entraînés, puis s'enroule sur un rouleau d'envidage,
Le procédé décrit ci-dessus, ou avec de légères modifications, a été appliqué par intermittences pendant une longue durée avec le même appa- reil, les surfaces d'extrusion des filières étant rodées lorsqu'il y avait lieu de faire disparaître des rayures. Sur l'ensemble de cette période, on a enlevé une épaisseur totale de 0,02 pouce (0,50 mm) de la surface d' extrusion de la filière à noyau et une épaisseur semblable de la filière extérieure mais la qualité de la pellicule n'a cessé d'être excellente.
En réglant de façon appropriée la vitesse des rouleaux pinceurs entraînés et par conséquent la vitesse d'entraînement de la pellicule, on peut obtenir des pellicules dont l'épaisseur varie de 0,002 pouce à 0,008 pouce (0,05 à 0,2 mm). Ces pellicules sont ensuite étirées à froid pour les orienter et réduire leur épaisseur à 1/loe environ de l'épaisseur ini- tiale; à de telles épaisseurs, des marques mêmes légères sur les surfaces de la pellicule ne peuvent être tolérées.
EXEMPLE 2.-
On utilise le procédé décrit dans l'exemple 1 pour fabriquer des pellicules à partir de polyéthylène d'un poids moléculaire moyen de 18.000
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avec les modifications suivantes :l'orifice d'extrusion est -réglé à une largeur de 0,04 pouce (1,0 mm) en introduisant une rondelle de 0,032 pouce (0,8 mm) sous la face inférieure de la partie 3 de la matrice à noyau la température aux lèvres de la filière est 150 C; la vitesse d'entraînement est réglée pour obtenir une pellicule de 0,005 pouce (0,12 mm) d'épaisseur et au lieu de l'appareil de refroidissement.par eau on utilise un appareil de refroidissement par air, soufflant de l'air uniformément sur la pelli- cule tubulaire et à tous les points de sa circonférence pour refroidir la pellicule.
A cause de l'épaisseur finale plus grande de la pellicule, (qui n'est pas destinée à être étirée à froid) on peut admettre la présence de légères marques sur la surface; les dégradations des surfaces du passage d'extrusion ont donc un effet moins sérieux sur cette pellicule que dans. le cas de l'exemple 1, et des rodages moins fréquents de la surface sont nécessaires. L'avantage principal du procédé est donc ici la facilité avec laquelle on peut obtenir des pellicules d'épaisseurs très différentes en utilisant des rondelles d'épaisseurs différentes dans la filière à noyau et en faisant varier la vitesse d'entraînement.
REVENDICATIONS.
1.- Procédé de fabrication de pellicules tubulaires, caractérisé en ce qu'on extrude une matière thermoplastique organique synthétique à 1' état fondu par l'orifice périphérique d'un passage d'extrusion ,annulaire formé entre les surfaces parallèles horizontales et sensiblement planes d'une filière annulaire qui se termine par une surface d'extrusion annulai- re et sensiblement plane perpendiculaire à son axe, et une plaque de fi- lière opposée n'ayant aucune saillie fixée en permanence qui dépasse le plan de sa surface d'extrusion.