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Feuille plastique, procédé et appareil pour sa fabrication.
La présente invention est relative à la production de feuilles en caoutchouc ou autre matière plastique contenant de courtes longueurs ou tronçons de matière filamenteuse. La présente invention concerne le produit, son procédé de fabrication, et l'appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé.
On sait que 1'incorporation de courtes longueurs de matière filamenteuse renforce une feuille de caoutchouc, et que si une feuille contenant de tels segments est incorporée à un pneumatique ou objet analogue, le pneumatique résiste mieux aux coupures ou aux déchirures aux endroits ainsi garnis, et possède aussi certains avantages supplémentaires.
Une difficulté s'oppose à un emploi commerr cial de feuilles de caoutchouc renforcées de courts tronçons de fil métallique : lorsque le mélange est
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calandré ou laminé, ou traité par extrusion, ou travaillé autrement, ou aminci de manière à passer d'une feuille épaisse à une feuille mince, ces tronçons de fil métallique usent l'outillage, et le produit est difficile à manipuler du fait des nombreux bouts de fil qui font saillie hors de la feuille ou sont logés immédiatement au-dessous de sa surface.
Suivant la présente invention, des morceaux séparés ou individuels de fil métallique ou d'une autre matière filamenteuse, de faible longueur, sont répandus sur une feuille de caoutchouc ou d'une autre matière plastique, ou entre deux ou plusieurs feuilles de ce genre.
Si on emploie une feuille unique de matière plastique, la matière filamenteuse est incrustée par pression dans l'une des faces de la feuille. Si on emploie deux feuilles ou plus, on les presse ensemble sur une calandre ou par tout autre moyen approprié avec la matière filamenteuse introduite entre elles, à la façon d'un sandwich à une ou plusieurs épaisseurs.
Lorsque la matière filamenteuse est du fil métallique, il est désirable de l'incruster ainsi entre des nappes plastiques en élastomère ou autre matière de telle sorte que les bouts.des fils ne fassent pas saillie en dehors, et qu'ainsi on puisse manipuler facilement ces nappes. De même, les feuilles de matière élastique empêchent le fil métallique de venir en contact avec les machines servant à traiter les feuilles. Un autre avantage consiste en ce que des feuilles laminées produites de cette manière ont une résistance plus grande que lorsque le fil métalli-' que est dispersé au hasard dans l'épaisseur de la matière plastique.
Bien que l'invention concerne plus particulièrement les matières plastiques contenant des morceaux ou de courts tronçons de fil métallique, on peut, de façon
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analogue, incorporer entre des feuilles de matière plastique de courts tronçons d'autres matières filamenteuses.
Si le fil est du fil d'acier et si on l'uti- lise avec du caoutchouc, il est préférable, mais non néces- saire, de le recouvrir de laiton pour former une liaison avec le caoutchouc pendant la vulcanisation.
Au lieu de fil métallique, la matière fila- menteuse peut être de la fibre, du fil, du câble, du fila- ment élémentaire ou de la bourre de coton, de rayonne, de "Nylon" et/ou de polyester, ou des filaments plastiques de vinyle, etc. Si la matière filamenteuse est du fil métalli- que ou du vinyle, ou une autre matière obtenue par extru- sion, elle peut être pliée mécaniquement ou par chauffage local d'un seul c8té; ou encore on peut utiliser les tron- çons rectilignes. Un même tronçon ou morceau individuel de fil métallique ou analogue peut être plié en plusieurs endroits, tous suivant le même angle et dans le même plan ou suivant différents angles dans différents plans, ou encore peut être plié ou ondulé au voisinage de chaque extrémité pour faciliter son adhérence à l'élastomère ou autre matière plastique.
On emploie de courts tronçons de matière filamenteuse de longueur comprise entre 6 et 65 mm environ.
Quand il s'agit de fils métalliques rectilignes, on préfère des morceaux de 6 à 18 mm environ ; des fils métalliques pliés, la longueur préférable est comprise entre 13 et 40 mm environ.
Des tronçons rectilignes individuels de fil métallique ou d'autres matières filamenteuses tendent à s'aligner pendant que les feuilles qui les contiennent sont laminées ou calandrées, et le degré d'alignement dépend du degré d'amincissement des feuilles pendant l'opération. Des tronçons de fil métallique ou analogues ayant subi un
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pliage résistent à un tel alignement.L'alignement influe sur les propriétés da la feuille en accroissant sa résis- tancj à la traction dans le sens de l'alignement,et en la diminuant dans le sens perpendiculaire * Avec du fil métallique ou analogue ayant subi un pliage ,on obtient la résistance maximale à la traction quand les courts tronçons sont employés en quantité suffisante pour se chevaucher,
tout au moins en partie .
Une matière plastique contenant une matière filamenteuse comme décrit ci-dessus,est utile pour la fabrication de courroies et d'un ¯;rand nombre d'objets manufacturés,par exemple des pneumatiques,dans lesquels l'emploi d'une telle matière augmente la résistance aux coupures et aux déchirures,la stabilité du mélange et la durée de la bande de roulement,tout en développant d'autres caractéristiques utiles.
L'invention est décrite en corrélation avec le dessin annexé,qui est donné uniquement 4 titre d'exemple et ne doit pas être considéré comme limitatif:on peut en effet employer de nombreux procédé d'application d'une matière comportant des filaments droits ou pliés entre des nappes d'él-astomère et d'autres matières plastiques,ou d'amenée d'une telle matière,soit à l'état rectiligne.soit à l'état plié,au moyen d'un dispositif magnétique d'alimentation dans lequel des @ organes magnétiques peuvent être placés de manière à orienter les tronçons de fil métallique, etc..
Au dessin annexé: la est une vue schématique en élévation d'une installation pouvant être employée,et donne une illustration du procédé ; la ?ig.2 est une vue en perspective de tronçons pliés de fil métallique incorporés entre deux feuilles pour la fabrication de pneumatiques ; la Fig.3 est un graphique comparatif de la résistance à la pénétration de divers caoutchoucs dans lesquels des tron- çons de fil métallique ont été incorporés de manières différentes ;
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- la Fig. 4 est un graphique comparatif de la résistance à la traction de divers caoutchoucs dans lesquels des tronçons de fil métallique ont été incorporés de manières différentes ; - les Fig. 5, 6 et 7 représentent des fils de métal ou analogues pliés suivant différentes formes.
Les Fig. 1 et 2 représentent l'emploi, pour la mise en oeuvre de l'invention, de deux feuilles de caoutchouc. Si en emploie une feuille unique, la matière filamenteuse est répandue sur sa surface par un moyen approprié tel que représenté, ou par soufflage (si c'est de la bourre ou une matière analogue) ou par tout autre moyen, et est pressée dans la feuille, si nécessaire, par passage de cette feuille entre des rouleaux de calandrage ou en la soumettant à la pression d'une presse appropriée. Si on emploie plus de deux feuilles de caoutchouc, la matière filamenteuse est répandue par des moyens appropriés, entre toutes les feuilles, ou entre deux feuilles consécutives quelconques seulement s'il n'est pas nécessaire de la répandre entre toutes les feuilles.
Le dessin concerne l'emploi de courts tron- çons pliés et de courts tronçons rectilignes de fil métallique, bien que les Fig. 1 et 2 puissent se rapporter à la préparation et à l'emploi de courts tronçons de toute matière câblée ou filamenteuse, pliée ou non.
On voit sur la Fig. 1 la feuille calandrée 5 de caoutchouc s'enroulant autour du rouleau 6 et étant entraînée entre les rouleaux 6 et 7. La feuille 10 est aussi entraînée entre les rouleaux 6 et 7, sous la feuille 5.
Un certain nombre de fils métalliques 12. uniformément espacés sur une surface essentiellement de même largeur que la feuille 10, et parallèles l'un à l'autre, ont un espacement tel qu'à la cadence à laquelle les fils
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sont amenés au mécanisme de pliage et de coupe (comme expliqué plus loin), le nombre désiré de tronçons pliés ou morceaux individuels de fil 13 se dépose sur la feuille 10.
Un aimant 14 peut être prévu pour empêcher la matière fila- menteuse de rebondir quand elle touche la feuille 10, et pour assurer l'égale répartition désirée.
Les fils sont amenés de façon intermittente sous le rouleau 15. Quand le bloc plieur 16 et le couteau 17 sont levés, les fils dépassent le rouleau 15 et reposent sur le support 18. La longueur désirée de fils est poussée au-delà du couteau 17, puis le bloc plieur 16 et le couteau
17 sont abaissés simultanément. Le bloc presseur 19 a sim- plement pour rôle de maintenir les fils sur le support 18 pendant que leurs extrémités sont pliées par le bloc 16. Les fils sont coupés à longueur voulue par le couteau 17 quand celui-ci s'abaisse dans la position représentée en traits mixtes.
Grâce à un tel dispositif, avec un nombre de fils et une vitesse donnée en corrélation appropriée avec la vitesse d'entraînement des rouleaux 6 et 7, le volume désiré de fils pliés 20 se dépose de façon continue sur toute la largeur de la feuille 10. La proportion en volume des fils par rapport aux feuilles de caoutchouc est réglé en changeant la vitesse des rouleaux 6 et 7.
Ces rouleaux 6 et 7 peuvent n'exercer que la pression suffisante pour assurer un bon contact entre les faces adjacentes des deux feuilles 5 et 10 ; bien, grâce à des moyens de réglage appropriés, on peut exercer tout degré de pression désiré afin d'obtenir un produit d'épais- seur désirée. Quand de courts tronçons rectilignes de fil métallique ou d'une autre matière filamenteuse sont placés entre deux feuilles qui sont aplaties par allongement longitudinal, ces courts tronçons tendent à s'orienter longitudinalement entre les feuilles, le degré d'importance
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de cette orientation dépendant du degré d'allongement des feuilles. S'il n'y a pas d'aplatissement des feuilles, il n'y a aucune orientation.
En vue d'illustrer la présente invention, on considère que dans la feuille laminée 25 les nappes 5 et 10 sont simplement pressées ensemble à un degré suffisant pour qu'après la vulcanisation qui suit ce pressage, elles forment une feuille unique avec une dispersion de tronçons pliés de fil métallique dans la partie médiane de l'épaisseur de cette bande.
En variante, on peut localiser la matière filamenteuse en deux ou plusieurs dispersions formant une feuille comparable à un sandwich à tranches multiples, en réalisant deux ou plusieurs dispositifs de fourniture de la matière filamenteuse en série, et en amenant une nappe additionnelle de matière plastique sur chaque nouvelle dispersion de matière filamenteuse.
La Fig. 2 est une vue agrandie de la feuille 25 terminée avec les deux nappes 5 et 10 réunies, vue montrant les tronçons de fil plié ou pièces individuelles 13 groupés dans l'espace interstitiel des deux nappes. Les propriétés de la feuille une fois terminée dépendent, dans une certaine mesure, de la proportion de tronçons employée, ainsi que de leur longueur, de leur degré d'orientation entre les nappes, etc.
L'irvention est susceptible de toutes les variantes qui pourront venir à l'esprit des techniciens de la partie en ce qui concerne l'outillage utilisé et les procédés de traitement.
Des feuilles préparées comme il a été décrit ont des propriétés intéressantes qui sont différentes, sous certains aspects, de celles des feuilles préparées par laminage d'un mélange de caoutchouc et de tronçons de fil métallique.'Ces propriétés sont mises en relief sur
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les Fig. 3 et 4.
Les Fig. 3 et 4 montrent les différents effets sur la résistance à la pénétration et sur la résistance à la traction, respectivement, d'un même caoutchouc auquel on a incorporé des proportions différentes de fils métalliques de longueurs différentes, cette incorporation étant effectuée de diverses manières. La résistance à la pénétration (mesurée en kilogrammes par centimètre carré) est l'effort unitaire sur une éprouvette d'un diamètre de 2,5 cm. Elle a été calculée en utilisant l'échantillon sous forme d'une plaque plane fixée par sa circonférence et soumise en son centre à une charge correspondant à la formule de la page 447 du "Mark's Mechincal Engineer's Handbook" (5ème édition).
Les résistances à la traction (mesurées aussi en kg/cm ) ont été calculées en divisant par la section en cm2 d'un échan- tillon d'une largeur de 2,5 cm, la charge de rupture (mesurée en kg).
Les résistances à la pénétration et à la traction du caoutchouc utilisé dans les autres essais, mais sans aucun renforcement par du fil métallique, sont données dans le tableau I et représentéespar des lignes verticales pointillées à traits longs sur les Fig. 3 et 4. Chaque point inscrit sur les deux graphiques est obtenu par la moyenne des essais effectués sur trois échantillons : l'un coupé dans le sens du calandrage de la fe@@lle, l'autre coupé perpendiculairement au sens précédent, et le troisième coupé à 45 .
Tous les essais sur des échantillons à tronçons rectilignes ont été faits en utilisant du fil métallique de 1,27 cm de longueur et de 0,15 mm de diamètre; les essais sur échantillons à tronçons pliés ont été faits en utilisant du fil métallique de 2,54 cm de longueur et de 0,15 mm de diamètre.
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TABLEAU I.
Echantillon de contrôle.
EMI9.1
<tb>
<tb> Composition <SEP> R.P.* <SEP> R.T.*
<tb> Caoutchouc <SEP> pur <SEP> 197 <SEP> 141
<tb>
* Dans les divers tableaux R. P. et R.T. désignent respectivement la résistance à la pénétration et la résistance à la traction. Les chiffres indiquent des kilogrammes par centimètre carré. Toutes les feuilles de caoutchouc soumises aux essais avaient approximativement 2,5 mm d'épaisseur, sauf indication différente.
Les propriétés d'un mélange préparé en incorporant par laminage des segments de fil métallique rectilignes, de 1,27 cm de longueur et 0,15 mm de diamètre dans le caoutchouc, sont indiquées sur les Fig. 2 et 3 en traits pointillés, et sont inscrites dans le tableau qui suit.
TABLEAU II.
Mélangelaminé.
EMI9.2
<tb>
<tb>
Grammes <SEP> de <SEP> fil <SEP> par
<tb> 200 <SEP> de <SEP> caoutchnuc <SEP> R.P. <SEP> R. <SEP> T.
<tb>
2@ <SEP> 268 <SEP> 61
<tb> 30 <SEP> 298 <SEP> 66
<tb> 50 <SEP> 411 <SEP> 67, <SEP> 5 <SEP>
<tb> 86 <SEP> 391 <SEP> 70
<tb> 133 <SEP> 361 <SEP> 74,7
<tb> 200 <SEP> 341 <SEP> 74,9
<tb>
Des tronçons rectilignes de fil métallique, identiques à ceux qui ont été incorporés au caoutchouc par laminage, sont déposés au hasard sur l'une des nappes de caoutchouc, puis couvertes par une autre nappe, et les deux nappes sont pressées ensemble sans allongement appréciable de maniéré %. produire des feuilles d'essai d'environ 2,54 mm d'épaisseur (sauf pour les échantillons contenant 200 g de fil métallique, dont l'épaisseur est d'environ
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4 mm).
Les propriétés des divers échantillons contenant des proportions diverses de tronçons de fil métallique, sont représentées par les lignes en traits continus épais sur les Fig. 3 et 4, Les résultats sont portés au tableau III, TABLEA III.
EMI10.1
yil yétaqùe reoHlie, déposé au haus rd.
EMI10.2
<tb>
<tb>
Grammes <SEP> de <SEP> fil <SEP> par
<tb> 200 <SEP> g <SEP> de <SEP> caoutchouc <SEP> R,P. <SEP> R.T.
<tb>
5 <SEP> 201 <SEP> 101
<tb> 10 <SEP> 321 <SEP> 121
<tb> 20 <SEP> 513 <SEP> 94
<tb> 30 <SEP> 489 <SEP> 107
<tb> 40 <SEP> 622 <SEP> 116
<tb> 50 <SEP> 462 <SEP> 83
<tb> 83 <SEP> 664 <SEP> 142
<tb> 200 <SEP> 724 <SEP> 144
<tb>
Les lignes en traits continus minces qui ne relient que deux points (désignes chacun Par x) sur le Fig, 3, et 4 se rapportent aux propriétés de tronçons de fil métallique de 25 mm de longueur et 0.15 mm de diamètre, plié a 90 ,puis déposé au hasard entre deux nappes de caoutchouc. Le tableau IV donne l'épaisseur approximative des feuilles d'essai finalement obtenues ainsi que les valeurs portées sur les Figé 3 et 4.
TABLEAU IV.
Fil métallique plié. déposé au hasard.
EMI10.3
<tb>
<tb>
Grammes <SEP> de <SEP> fil <SEP> par <SEP> Epaisseur <SEP> de
<tb> 200 <SEP> k <SEP> de <SEP> caoutchouc <SEP> la <SEP> feuille <SEP> R.P. <SEP> R.T. <SEP>
<tb>
50 <SEP> 2,54 <SEP> 415 <SEP> 83
<tb> 200 <SEP> 4,57 <SEP> 691 <SEP> 178
<tb>
Les tableaux et les graphiques montrent que la résistance à. la pénétration est accrue par les différents
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tronçons de fil métallique incorporés de diverses manières, et que l'augmentation de la proportion de tronçons accroit cette résistance. L'addition de tronçons de fil métallique par laminage fait décroître la résistance à la traction de façon appréciable. Des tronçons rectilignes de fil métallique, incorporés en proportions croissantes suivant le procédé de la présente invention, accroissent la résistance à la traction jusqu'à lui faire atteindre approximativement celle de l'échantillon de contrôle.
Il est surprenant de constater que du fil plié en proportion assez grande, c'est- à-dire avec des chevauchements en proportion suffisante, procurent un accroissement inattendu de la résistance à la traction.
Les essais montrent que l'accroissement du diamètre du fil incorporé au caoutchouc par laminage, de 0,15 mm à 0,38 mm, tout en maintenant la proportion en poids de fil métallique, cause une diminution tant de la résistance à la pénétration que de la résistance à la traction. De même, l'accroissement de longueur des tronçcns de 13 mm à 38 mm, en fil de 0,15 mm de diamètre, fait décroître la résistance à la pénétration et la résistance à la traction.
Les Fig. 5, 6 et 7 représentent diverses formes de tronçons de fil métallique ou autre fil unitaire. Sur la Fig. 5, les extrémités 30 d'un tronçon rectiligne sont pliées suivant un angle pour faciliter 1- conservation de l'adhérence à la matière plastique ; les extrémités 31 du fil en équerre de la Fig. 6 sont également repliés suivant un angle en vue du même résultat. Une forme en dents de scie telle que représentéesur la Fig. 7 ne nécessite pas de pliure aux extrémités parce que cette forme d'ensemble se prte à une incrustation permanente dans la matière plastique ; il en est de même d'un fil courbé en spirale. La matière plastique utilisée, est de
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préférence, du type durcissant à la chaleur.
La feuille contenant une ou plusieurs dispersions de tronçons de matière filamenteuse est fabriquée de façon à obtenir le produit désiré, puis est durcie : par exemple on incorpore à un pneumatique, une courroie ou un autre objet, une feuille de mélange de caoutchouc vulcanisable contenant une dispersion de courts tronçons, puis on chauffe pour traiter le caoutchouc.
Bien que l'invention ait été décrite plus particulièrement en ce qui concerne l'incorporation de tronçons de fil métallique à du caoutchouc, le même procédé peut être utilisé pour incorporer des tronçons de fil métallique à d'autres matières plastiques, vulcanisables ou non.
Naturellement, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation représentés et décrits, qui n'ont été choisis qu'à titre d'exemples.