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Fabrication de pellicules de polyéthylène.
La présente invention se rapporte à un procédé de fabri- cation de pellicules de polyéthylène "soufflées" ou gonflées.
Des pellicules minces de polyéthylène sont fréquemment fabriquées par soufflage en épaisseurs pcuvaat ne pas dépasser 0,005 pouce (0,13 mm). Ces pellicules ont trouvé de larges applications pour l'emballée de denrées vendues au détail. Des pellicules ayant un degré élevé d'éclat sont particulièrement désirées pour ces applications, parce qu'elles mettent en valeur les denrées et marchandises emballées*
Les pellicules soufflées sont obtenues en extrudant le polyéthylène au stade plastique de façonnage par une filière annulaire
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8i l'm 8Uo % 4&""'-.8 la te1Ip4rat\U'., 1 40ut dîminue.
&4VnT l'ioyflUolk, dan. un pt'Oc4d' où l'on extrude du 11011'1it11lb.. par wili f <Haa3.r$ pour obtc1r un tube sans aonde 1'<fi&% plA.t1que et ot l'on onne ,ce tube d'air tandis qu'il te tnuye à Illétat plastique pou-- obtenir une pellicule tubu- 1a1i-e, on dom1. à 1< pOlliQt1* conn" une surface brillante en cbw=ant la 8UQf%éO en'r1 du tube plastique à une température mn1JaU 4**U 80ml 180110 CL'n:ron et à une température maximem infenil!lQ1'e à la't 4>4=ture m1'1iJlU1l de dfcoaposit1on du polyéthylène au 1I08eat of'U sort de la filière et amant qu.'11 soit gonflé.
L'm'Yqt1on sexa bien comprise' en se référant aux dessins asmexe , #, Figure 1 est une tue ,en perspective d'un cylindre de
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<éma&w<hmWiayJMmTPJetMae 2 est= ahaH&M. ta partie oev, mppe M=t=t i'appu 4 awotbffl à tm c4 d'extrusion et de MiK& ao.'aïSMWM d'air pear fixer la palllcule à s.
J'iMaeejEbtt ".; i ¯" est m aKî!9M. en partie en coupe montrant l'applieathm du <aaaât cbauffmt à un procédé d'extrusion et de soufflase ata:t r3n interienr refroidi pour fixer la pellicule à sa fmP 'OEO Sur la flgu 1, 3.e cylindre de chauffage est de préférezce eamdltaé 4*u courte Tirole en tube d'acier 1 qui sert de sup- , port et de zîflmteur pmr Wé1ea t chauffant 2. L'élément chauf- Camt 2, de pr &4=& aae résistance spirale, par exemple un des apparella de dwnflàze '*Cal=dw fabriqué par Général Electric ComPMYP est mmulé en ttélice ouverte de cinq spires environ et fixé au ce ta3.3que 3 par des boulons isolants 3 et 4 qui servent de I mes pour les onms électriques 5 et 6. L'appareil de '.:s 2 peut ao3r toute puissance appropriée.
Un appareil de chmrrage de cinq icUoMtts a dczné d'excellents résultats dans le ce* dann pira3.e de 8 ponces (20 cm) de diamètre. Des appareils de chauttffl pl= on no-tns puissants doivent être utilisés suivant les di3M<MicaM! du cylindre de chauffage.
Sur la figure 2, le dessin représente la position de 1'agpareil de ehttage dan na procédé à pellicule soufflée utilisant un anuem de ret=1411osem=t par air.
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Des cubes de polyéthylène à mouler sont introduits dans
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la tréaie 7 de 1'extrndoewe ou ils sont plastifiés et avancent vers 1a <nùxe 8;9 9 eona 1-*effet de la vis d'extrusion 10. La vis d'ex- trcss3ot est entrainée par un train d'engrenages et un moteur élec- triste (non repréo;nt6). Le polyéthylène plastifié est forcé dans 1-Oespa" ansalaiye entre la partie centrale de la filière 9 et le corps 8 pour f,6xmr un p1oduLt extradé tubulaire qui est aplati et ea-trafui par des xDUlea1X pinceurs 11 12 et de là sur un rouleau
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taleur 13 dont la surface présente des rainures hélicoïdales peu
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s'enmulent en sens opposés à partir du milieu du rouleau .telle sorte que le tube subit une force dirigée vers l'extérieur . 'le maintient parfaitement tendu. Le tube aplati est ensuite re- sur le rouleau d'envidage 14.
De l'air est introduit dans le produit tubulaire extrudé par le tube 15 passant au centre de la
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'''3'ilire 9, en quantité suffisante pour gonfler le produit extrudé :,,;.(" t...'" au diamètre désiré et la soupape 16 est alors fermée, forçant ainsi
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'J; ,:: " .0 /:''e bulle fermée dans le produit extrudé, bulle qui est retenue 'l'-'entr.e les rouleaux pinceurs li, 12 et la filière 8, 9. La pellicule , . '?' 'est fixée à sa forme finale par l'anneau d'air 17 qui comprend une s, chambre toroldale avec un orifice d'entrée d'air 18 amenant l'air à une série d'orifices 19 disposés à la surface intérieure du tore .ce qui permet de diriger un courant d'air à la surface de la pelli- cule de polyéthylène pour la refroidir et la fixer à sa forme fina- le.
Le cylindre de chauffage 20 qui est représenté en détail à la figure 1 et correspond à la description donnée à propos de cet- te figure est placé entre l'anneau de refroidissement par air 17 et la filière 8, 9, au voisinage de la filière mais pas nécessairement en contact avec celle-ci.
La figure 3 représente un autre procédé à pellicule souf- flée dans lequel les éléments semblables à ceux de la figure 2 sont désignés par les mêmes chiffres de référence. Après extrusion de la matière plastique par la filière annulaire 8, 9, le produit extrudé passe sur le mandrin de refroidissement 30 dont la forme est prévue pour qu'il se produise un courant d'air de freinage qui écarte la pellicule plastique du mandrin d'une petite distance, généralement
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:0,005 pouce (013 mm) ou moins. Le mandrin est refroidi à l'aide d'une chemise de circulation d'eau 31 alimentée d'eau par les tuyaux ? 32 et,33, etla pellicule est refroidie et fixée par la surface mé-
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;?'.tal11qùé.,du mandrin à proximité immédiate de la surface interne du rr .übe.
D!e l'air en quantité supérieure à la quantité nécessaire pour 1,gjÇ%'/, ±'¯.'l l'2j -' --' creèrie courant de freinage est amené par un orifice d'entrée 34 et YtIW J.:T3 1'.. :.:.9W: . ±reinage es 3IJ1ené par o!"ifite d'entrée
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l'excès est évacué par un orifice ménagé dans le support creux 35 par les perforations 36. L'air est amené par le tube 34 avec un débit suffisant pour qu'une pression dynamique propre à gonfler la pellicule soit créée. L'air entraîné au delà du mandrin de refroi- dissement est également évacué à. l'atmosphère par le support creux
35 servant ainsi, à égaliser la pression au-dessus et en desous de l'appareil de refroidissement.
Dans cet appareil, le cylindre de chauffage 20 est placé près de la filière comme sur le dessin.
Du fait de la plus grande efficacité de la transmission de chaleur avec ahsence pratique de frottement mécanique dans l'ap- pareil représenté à la figure 3, des pellicules de polyéthylène ont pu être fabriquées à des vitesses beaucoup plus grandes qu'aupara- vant.
En ce qui concerne les dimensions du cylindre de chauffage, l'effet du traitement thermique est pratiquement indépendant du dia- mètre des boudins de chauffage. Il est essentiel que le boudin ou les éléments de chauffage soient écartés de la surface du produit extru- dé d'une distance d'au moins 1 à 2 pouces ..(2,5 - 5 cm) afin de mé- nager un espace suffisant pour de petits mouvements spasmodiques de la bulle qui se produisent au cours de l'extrusion. Une distance plus grande ne présente aucun inconvénient mais l'espace autour de la filière est généralement limité par des éléments de support et analogues.
La longueur du cylindre de chauffage est¯avantageusement de 3 à 10 pouces (7,6 à 25 cm) mais n'est pas critique. La longueur maximum est déterminée par d'autres variables du procédé telles que la hauteur au-dessus ou en dessous de la filière jusqu'à laquelle se produit le gonflement du produit extrudé plastique.
En ce qui concerne la température du cylindre de chauffage,,, on n'obtient qu'ur aible effet si le boudin de chauffage est à une température inférieure à 200 C environ (ce qui dans le cas de l'appa- reil préféré et pour des vitesses d'extrusion normales produit une température à la surface du tube extrudé de 180 C environ) mais à
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mesure que les températures dépassent cette valeur, l'éclat augmente rapidement avec la température, tout autre facteur restant constant.
La température maximum qu'on peut utiliser est déterminée par la température de décomposition du polyéthylène et par la vitesse d'extrusion. De préférence, la température maximum à la surface du tube extrudé ne dépasse pas 360 C. Cette température maximum du tube est obtenue dans l'appareil préféré comme décrit ci-dessus avec une température de boudin pouvant, atteindre 600 C. Comme on peut s'y attendre, des vitesses d'extrusion plus grandes exigent une tem- .pérature plus élevée pour obtenir le même effet que la même tempéra- ture à des vitesses d'extrusion plus réduites.
Bien entendu la mise en oeuvre de l'invention n'est pas limitée au type particulier d'appareil de chauffage utilisé décrit à titre d'exemple non limitatif. Par exemple, une batterie de lam- pes infrarouges disposées symétriquement autour de l'axe de la fi- lière et dirigées sur la matière plastique sortant de la filière peut être utilisée pour apporter la chaleur rayonnante nécessaire.
Il est bien entendu également que le procédé de l'inven- tion peut s'appliquer à l'extrusion vers le bas aussi bien que vers le haut.
L'invention est illustrée par les exemples qui suivent.
Dans ces exemples, l'éclat est mesuré à l'aide d'un appareil de mesure portatif Gardner utilisant de la lumière incidente à 20 (ASTM-D-523-53T). Les unités dans lesquelles les résultats sont exprimés sont des millièmes de la lumière réfléchie par un réflecteur parfait.
EXEMPLE I. -
On fabrique une pellicule de polyéthylène soufflée en extrudant du polyéthylène à faible densité par une filière annulaire puis en le gonflant d'air suivant le procédé illustré dans le dessin annexé., figure 1. La température du cylindre de l'extrudeuse et 16090 et la température de la filière également 160 C. Le diamètre de la filière annulaire est 4 pouces (10 cm). On obtient
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30 pieds/minute (9 m) de pellicule ayant une épaisseur de 0,001 pou- ce (0,025 mm) et une circonférence de 20 pouces (50 cm) . Sans cylin- dre de chauffage la pellicule obtenue a un éclat de 23 unités.
'Un cylindre de chauffage de 6 pouces (15 cm) de diamètre et de 3 ponces (7,6 cm) de hauteur est placé autour du produit extrudé tubulaire sortant de la filière. L'éclat passe à une valeur de 36 imiter La température de l'élément chauffant est ensuite portée à 340 C. Léclat de la pellicule est de 54 unités, soit une amélioration de 135%.
EXEMPLE II. -
En utilisant le même appareil que dans l'exemple I, on obtient une pellicule dans les conditions suivantes: température de la matée 150 C, température de la filière 200 C, vitesse d'envidage 24 pieds (7,2 m)/minute, épaisseur de la pellicule achevée 0,0013 pouce, (003 mm) circonférence de la pellicule 16 à 20 pouces (40,50 cm). Sans élément chauffante l'éclat atteint 35 unités. Avec un élément chauffant à 200 C. même température que la filière, l'éclat passe à 60 unités; soit une amélioration de 70%.
EXEMPLE III. -
Avec le même appareil que dans l'exemple I, on extrude une pellicule de polyéthylène à partir d'une poudre à mouler de poly- éthylène basse densité dans les conditions suivantes : température de la masse 160 C, température de la filière 160 C, vitesse d'extrusion 49 g/minute, vitesse d'envidage 16 pieds (4,8 m)/minute, épaisseur de la pellicule achevée 0,0010 pouce (0,025 mm) et circonférence de la pellicule 16 à 20 pouces (40,50 cm).
Sans élément chauffant, l'éclat ds la pellicule achevée est 24 unités. Avec un élément chauffant à 200 C, l'éclat équivaut à 45 unités. Avec un élément chauffant à 250 C, l'éclat atteint 55 unités. En augmentant encore la température à 280 C, l'éclat passe à 70 unités.
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y= . ;À$,fltme , QjggÇ,pqgg q, , tBMC#dis&!!. QU<t dans l*'e3E<MpIT't'"<1&'riQM'*'Hne àeliiMfd' résina de polytïtjMf "brijpste't Sans &±ÉÀià% chauffante la. 'râleur 4'éÀ$at mesurée est 65. élément chanffant à 300 c l'éclat d4pn*ae 100 unités. On obtient une pellicule de polyéthylène soufflée par extrusion de polyéthylène par une filière annulaire de 4. pouces
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(10 CDt).
La pellicule est gonflée dlair sous pression et fixée par refroidissement interne. La température de la masse à extrader est
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,/ y6 c, La température de la filière 154 c. La vitesse d"extrusion ';41' livres/heure (18,5 kg). L'envidage s'effectue à 75 pieds/minute ,(225 m) et la pellicule a une épaisseur de 0,0o8 à 0,0013 pouce (G,2p .. 0,0.'3 mm) et une circonférence de 18 pouces 45 cn) .
Un élément chauffant électrique est construit avec les 'dimensions suivantes : 8 pouces (20 cm) de diamètre, 4 pouces (10 cm) de longueur, 5 boudins de résistance "Calrod" de 5 KW, le tout dans une virole d'acier cylindrique. Sans chauffage, l'éclat du produit achevé est 56. Avec chauffage à 412 C. l'éclat passe à 66.
EXEMPLE VI.-
On prépare une pellicule de polyéthylène soufflée avec le même appareil et dans les mêmes conditions que dans l'exemple V, mais la température de la filière atteint 160 C et la température de la masse est également 160 C.
Sans chauffage, l'éclat de la pellicule achevée est de 56 unités. Avec chauffage à 434 C, l'éclat atteint 80 unités.
EXEMPLE VII. -
On obtient une pellicule de polyéthylène soufflée à l'aide de l'appareil de l'exemple V. La température de la masse est de 185 C et la .température de la filière est de 180 C.K On extrude ,96 livres/heure (43,5 kg) de polyéthylène et on les gonfle à 150 pieds/minute (45 m) pour obtenir une pelliculeayant une cir- ...
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,,;<p"'r-' - 400 ,6 wouooi (90 ca) et UM a 0.r " M-e r - ' ^- ¯ , . z .
, .. 0,03 A -). bzz X"iW .t" .cMutt&le.. 1"cl8% 4e ï\'oo cCw 36*8 J.'401&1.' ' eat de 67 unitéa wt 4o6.à 4*,, r" 1T ",- . ,1 , On tome une ptl110ult de polJ6th11b,. n" à l*<tid , ,- '.pp&;,o11 ' de l'exemple V. La temp6rt.tu:re 4é 1$ .... 1 à aWù,,.
. 4e 1S'-0 et celle d* la t:l.l1è:re 171'C. On *x%U4e 100 11,",.'1 "'" 'J' 145 kg) de pOl14th11ène pour obton1r à 1. 'f1t'll do 180 pied$/ j (54 m) une pellicule 4* 0,0004 00008 pOuce (o,01 - 0,Q? '>'.Íi) 4''P&18seul' et da 36 pouco (90 cm) de a.rsa'rsuaa.
'f Sans ohuffage 1'éo1 t du produit achevé oit de 49 1.UÜtcb.
Avec ah,aufi"a8a 410"C, l'éclat de la pel11aul'Chev4. atteint 67 unités.
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à&#hb4 ..ÀZ .-. , A l'aide de l'appareil décrit dana l'exemple Vs on cruda une pellicule à 300 p1ed./m1nute (90 m), la rttesle d'extrusion <St))Bb de 200 livres/heure (90 kg).
Sans chauffage, l'éclat est de 50 unités et avec chauffage à 605 C l'éclat est de 75 unités.
REVENDICATIONS.
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1.- Procédé d'extrusion de polyéthylène par une filière annulaire pour obtenir untube sans soudure à l'état plastique, dans lequel on gonfle le tube à l'air tandis qu'il est à l'état plastique.pour obtenir une pellicule tubulaire, caractérisé en ce qu'on rend brillante la surface de'la pellicule gonflée en chauffant la surface extérieure du tube plastique à une température minimum d'au moins 180 0. et une température maximum inférieure à la température minimum de décomposition du polyéthylène au moment où il sort de la filière et avant qu'il soit gonflé.
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