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Appareil perfectionné pour vulcaniser des bandes de matière conte- nant un élastomère .
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La présente invention concerne un appareil pour vulcaniser des bandes de matière contenant un élautomère. i
Dans la production de bandes de matière comprenant .une nappe de support qui a été imbibée ou imprégnée autrement d'un élastomère. on recourt essentiellement à deux procédés pour vulca- niser l'élastomère.
Dans un des procédés, la bande de matière est enroulée à l'état non vulcanisé en même temps qu'une bande à résis- tance électrique sur un mandrin, après quoi la bande à résistance électrique est alimentée en courant pour engendrer la chaleur requise pour la vulcanisation* Dans le second procédé, la bande est envidée à l'état non vulcanisé avec une bande intermédiaire sur un mandrin,,
après quoi le rouleau formé est soumis à l'action d'air
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ou dlUZL- autre gaz chaufte donnant la chaleur requise pour la vulcanisation la présente invention concerne la second procédé qui utilisé éventuellement une bande intermédiaire pour séparer
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seulement les adverses coucnes .de la matière* 4a vulcanisation avait suscité auparavant diverses dittt- cultés.tparmi lesquelles il convient de citer les suivantes! si on veut que la vulcanisation soit satisfaisante, on daii;
4' x cuter à une température précise et pendant un lampe préoiMnw température trop élevée ou un temps trop long entraînent une vulcanisation exagérée dont les inconvénients sont que le pro-
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duit pat être sur et cassant, s'user facilement, se désagréger en poudre et avoir une courte aur" ae vite.
Une vulcanisation insuf- fisante est due à une température trop basse ou un temps trop court et elle conduit a un produit trop plastique et souvent poisseux* il est souhaitable, par conséquente d'exécuter la vulcanisation à
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une température qui soit uniforue dans toute la bande de matière, mais eh pratique, catte uniformité est extrêmement difficile à réa- liser* -,
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Pour que le produit soit homogène, c'est-à-dire "dense" et exempt de bulles d'air ou d'autres gaz et de défauts physiques, il doit être soumis à une pression au cours de la vulcanisation* Un sait qu'on obtient un meilleur produit si la pression est de na-
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ture périodique,
ceest-à-airo si elle augmente et diminue périodi- quementt w'effet de l'application d'une telle pression périodique est dit loutefoise cette pression ne peut être ni trop élevée ni trop faible.
On a trouvé enfin que la pression, la température et le temps de vulcanisation sont ces paramètres qui ont entre eux une
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relation étroite, de sorte qu'il '3st nécessaire d'établir empiriez quement pour chaque élastomère particulier la température, la pres- sion et le temps de vulcanisation qui donnent les résultats optima. es bandes ce satiece a vulcaniser ont normalement des longueurs considérables et dans les pas ou.le système métrique est en usage elles sont a'habitude d'une centaine de mètres et
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dans les autres pays d'environ 15 yards (114 m).
si une bande d'une telle longueur est envidée en un rouleau sur un mandrin en vue de la vulcanisation., le rayon du rouleau sera considérable, Par conséquent, si une pression est appliquée sur la surface extérieure au rouleau, il est nécessaire que celui-ci ait été envidé de manière serrée sans laisser d'interstices notables entre les couches.
Si cette condition est satisfaite, la difficulté de cnauffer de manière homogène le rouleau, c'est-à-dire de façon que l'intérieur et l'extérieur atteignent la même température au même moment, n'est pas trop grande* 'égalisation de la température
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est évideumient ia meilleure si le rouleau est chauffé de l'intérieur et de l'extérieur* il est possible, dans ce cas, d'établir sans difficulté la température désirée dans les couches intérieures et extérieures de la matière en vidée,
mais la température des.coucher
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intermédiaires sera très probablement a.oins élevée..11 peut en ré- sulter une vulcanisation insuffisante et si on augmente la tempéra- ture extérieure pour assurer la vulcanisation complets des couches ;
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intermédiaires, leb couches intérieures ez extérieures seront sur- ' vulcanisées.
La présente Invention est basée sur l'observation empirai- que que la aistribution de la température dans le rouleau de matie- re envidée est égalisée et améliorée si on établit dans l'appareil ; une circulation du fluide de transfert de chaleur
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suivant la présente invention, un appareil. pour 'nage4ni" ser des bandes de matière contenant un élastomère Cod un* chambre à l'intérieur de laquelle se trouvé= mandrin creux sur lequel la matière sera envidée en on rouleau et à 1'extérieur de laquelle se trouve un générateur de chaleur, l'agencement étant
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tel que le fluide de transfert de chaleur enauffé par..Le généra teur de chaleur passe du générateur à l'intérieur du manir.;
.pais dans la chambre autour du mandrin et retourne de la au- générateur de chaleur.
Un trouvera ci-après une explication de la meilleure éga-
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lisation de la température ainsi obtenue. Le fluiae.de transfert de chaleur est nonaaieiaent, de IliUr* od un autre gaz à faible
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chaleur spécifique au contraire au mandrin sur lequel la matière est envidée et qui a, lui, une grande chaleur spécifique.
Il est donc difficile de chauffer le mandrin et relativement facile d'entrete- nir la température de l'air ou ae l'autre gaz dans la chambre et pour cette raison il est préférable de faire passer le fluide de
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transfert de caaleur dans le mandrin tandis qu'il se trouve encore à *ne température élevée, c'est-ù-d3rt dès qu'il a quitté le géné- rateur de chaleur, puis, lorsque sa température s'est réduite, de l'amener à l'extérieur du rouleau dans la chambre.
Une forme do réalisation de l'invention est décrite ci- après à titre d'exemple uniquement, avec référence aux dessins annexés, dans lesquels:
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e*iîe 1 est une élévation schématique en bout d'un appareil suivant l'invention;
Fig 2 est une vue schématique en élévation de côté de
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l'appareil représenté sur 1a Fig. 1; Fig. 3 est un diagramme montrant la distribution, de la
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température dans in rouleau 4e matière à vulcaniser; Fini. 4 est un diagramme de la distribution de la pression normale à la péripnérie d'un rouleau , la pression étant en ordonnée et les tours étant en abscisses, la flèche correspond à un tour;
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Enig. 5 est une vue schématique en coupe suivant la ligne v-v de la Ëig. 6; et,, !t'1g. 6 est une vue schématique en coupe longitudinale du ,Même appareil que celui de la ,lI'1g.. 5.
.I.I'a'ppareil représenté sur la l''1g; 1 des dessins ccuprizd un châssis 10 pour un rouleau ae matière 11 envide sur un mandrin 21 qui comporta un'arbre 12. Le rouleau 11 tourne à vitesse constan-
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tue, ce mouvement lui étant C01l1U1UlLiqué par une poulie 13 montée sur l'arbre 12 et entraînée par xe cilbie 14 à l'aide d'une autre poulie 15 par l'Intermédiaire du réducteur de vitesse à vis sans fin 16
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attaqué par se moteur 17.
Trois cylindres presseurs 18, 19 et 20 sont montés d'une manière appropriée quelconque, Le nombre de cy- lindres pressuurs n'est pas nécessairement de trois, mais 1l faut qu'il y en ait deux ou davabl4o et qu'ils soient répartis syiaétrl-
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quanoat à la périphérie au rouleau il* Le rouleau 11 est formé d'une bande de matière contenant
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un élasttmere ayant, par exemple, une longueur de 100 mètre,.
Cnaque couche de la matière est séparée de sa voisine par une 1: bande intermédiaire constituée par une matière ayant une bonne con- ductivité thermique mais qui ne s'attacha pas à l'élastomère par vulcanisation, Les cylindres presseurs !8, 19 et 20 sont appliqués élastiquement contre le rouleau 11, 1 'agencement permettant un réglage de la pression. Dans la forme de réalisation représentée
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dans le dessin, chaque cylindre presseur tourillonne dans *.## pair* de leviers à pivot z?2, 23 et 24 qui sont sollicités radi.aLeaaa3,t vers le rouleau 11 par des dispositifs pneumatiques à piston et à cylindre 25, 26 et 27, respectivement.
Ces dispositifs Pont reliée à une source commune d'air ou d'un autre fluide sous pression par des conduits 28 et 29 qui comportent une valve commune 30 peur régler la pression du fluide aans le conduit 29.
L'appareil entier est enfermé dans un logement 31' en un matériau qui est un bon isolant thermique et il comporte un cou-
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vercle amovible 311 qulpermet l'introduction de la matière et de la bande intermédiaire, De préférence, à l'extérieur du logement se trouve un générateur de chaleur 32 dans lequel de l'air est chauffé par exemple par des éléments électriques auxquels le courant est
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amené par les conducteurs z) et 34, un rhéostat 35 et un interrup- teur 36. L'air chauffé est forcé par un ventilateur à passer par le conduit 37 et à pénétrer à l'intérieur du mandrin 21 qui sup- porte le rouleau 11.
L'Intérieur du mandrin 21 a la forme d'un échangeur de chaleur qui transfère de la chaleur de l'air chauffé
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au manarin et donc aussi au rouleau 11. La construction de l'éonan-' geur de chaleur sera décria plus en détail à propos des Fig* 9 et 6J ,L'air enauffé, après avoir passé par le mandrin 21, e'écou le à l'intérieur du logement 3l', 31n deom il est renvoyé, pour être réchauffé, au générateur de chaleur 32 par -Le conduit 39. x L'air chauffé du logement 31 1 311 chau'ffe extérieurement le rou- leau 11. Cet agencement permet de porter le rouleau 11 à la tem
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pérature de travail On un 4ieuij}8 relativement court en lui fournis- sant de la chaleur à la fois de l'intérieur et de 1'extérieur.
La eig. 3 représente une coupe scu3uati.que plus grande échelle dans le rouleau 11 et le mandrin 2j.< te gradient de tempé- rature, montrant la distribution de la température à l'intérieur du rouleau 11, est représente au bas de cette figure. Quand la tem- pérature a atteint une valeur à laquelle la vulcanisation est possible, elle est relativement élevée au peint 40, c'est-à-dire où la matière traitée est en contact direct avec le mandrin 21,
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pt également au point 41, c'est-à-dire où la matière est en contact direct avec l'air chauffé ambiant du logement.
Par contre, une tem- pérature moins élevée existera en un point intermédiaire entre les points 40 et 41, par exemple au point 42, Fhn raison de l'égalisa- tion graauelle de la température dans le rouleau, cette température minimum s'élèvera pendant la vulcanisation pour atteindre finale- ment une valeur 43. Dans les conditions habituelles, la différence
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du température entre ..se points 40 tet 41 d'une part, et les points 4 et 43, d'autre part, serait insuffisante pour que la vulcanisa- tion soit trop tnégaxe-bi les températures aux points 40 et 41 sont choisies de façon à assurer exactement la vulcanisation complète de l'élastomère, celui-ci sera sous-vulcanisé au centre où la tempé rature est- plus basse.
Au contraire, si on utilise des tempéra-
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$ures plus éxevees de façon qu'elles suffisent aux points 42 et 43 1-our réaliser la vulcanisation complète dit l'élastomère au milieu de la matière, l'élastomère sera survulcanisé aux points 40 et 41.
- Un outre, il n'est pas possible clans les conditiona habituelles de .réaliser une vulcanisation uniforme en provoquant une légère sur- ' vulcanisation aux points 40 et 41 et en même temps une légère sous-
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,vulcanisation aux points 42 et 43, parce que la différence de tem- pérature est trop grande.
Le .'igs. 5 et 6 représentent 1< mandrin creux 21 suppor- té par l'arbre 45 qui porte des épauleaents 46 et 47 et des ailettes
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48, 4'J,. 50 et 51. four former uri échaneur de chaleur en labyrinthe,
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des cloisons en acier ou en un matériau analogue sont montres ra-
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dialemeat à l'intérieur du mandrin 21. fans la forme .'exécution représentée, on prévoit nuit cloisons 52 de ce genre formant huit canaux en forme de secteur s'étendant axialement dans la mandrin 21 Ces cloisons 52 n'occupent pas la longueur entière du mandrin mais
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se terminent au niveau de l'ailette 48. .u' extrémité gauche du creux du mandrin est couverte par un disque 53.
En outre, un distributeur du fluide de transfert de chaleur est prévu à l'ex-
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erémite droite du mandrin coinme le montre la 3,,. 6. Le fluide do transfert de chaleur est amené par le conduit 37.. . yr Ue distributeur comprend un bottier 5.4 sae- troulaire comportant une paire d'écrans 55 et 5b dont l'effet/<3St d'amener le fluide de transfert de chaleur à quatre seulement des huit canaux définis par les cloisons au mandrin 21, le fluide ?'écoulât
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d'abord par ces canaux de droite à gauche corne le montre la Ylgo-6* e fluioa passe ensuite de ces quatre canaux &ux quatre eutros canaux qu'il traverse de gauche à droite, comme sur la Fis;
àe et pénètre dans la chambre 3i.'" 31" .en passant par le bottier 54*
11 convient de noter qu'au cours du chauffage, le mandrin 21 tourne ae façon continue, et qu'ily a donc un échange continu entre les aeux jeux de quatre canaux formés dans le mandrin*
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Dans la disposition'illustrée par les Figs. % et 6, les , canaux 1, 2, 3 et 4 amènent lue fluide au passage 57ot les canaux 6., 7 et 8 renvoient le fluide a l'intérieur de lu chaabiê 3:'x , ' 3l". Après 1/8 tour, un échange se produit entre les canaux, oi in canaux 2,3, 4 et 5 amènent alors le fluide au passage 5? et les . ' J canaux 7, 8 et 1 renvoient le fluide.
Cet agencement conduit & un chauffage extrêmement uniforme du mandrin 21. ttan" donné que .14' fluide est amené d'abord au mandrin 1 qui a une grande capacité caioriflquei puis à l'intérieur de la chambre 31!, 31" qui a une.. capacité calorifique plus petite, il est possible, en outre, di . maintenir les points 40 et 41 de la l'i4- 3 à peu près au même niveau, tant au cours du chauffage qu'au cours de la vulcanisation
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Cela réduit sensiblement l'inégalité de la distributionjde la tempé- rature dans le rouleau 11, inégalité qui serait sinon inévitable.
Les élastomères différents requièrent des températures, des pressions et des temps ce vulcanisation différents, Dès que les règles gouvernant ces trois , variables ont été établies, il e simple pour un spécialiste de déterminer les valeurs les mieux appropriées pour un élastomère particulier. On donnera l'exemple suivant*
Kans un appareil constuit suivant l'invention, le man- drin 21 a un diamètre de 47U =.et une longueur de 1.030 mm. L'appa- reil est conçu pour vulcaniser une nappe de Nylon d'une largeur de 1.000 mm imprégnée d'électomère 'élastomère est un caoutchouc synthétique.
La longueur ae la bande estde 100 m et on désire obte- nir un produit d'une épaisseur de 1 ma La bande intermédiaire a une épaisseur de 0,17 mm et avec ces dimensions, le diamètre exté- rieur du rouleau 11, lorsque toute la matière et la bande intermé. diaire ont été en vidées sur le mandrin 21, s'élève à 630 mm. -Le lo- gèrent 31' est fermé par le couvercle 31" qui est mis en place et du courant est amené au générateur de chaleur 32. En même temps, le ventilateur du générateur de chaleur est mis en marche.
La tempé- rature à l'intérieur du logement 31', 31" s'élève en 45 minutes à 14,Jeu qui est la température optimum ae vulcanisation pour l'élas- tomère considéré Cette température est maintenue constante pendant 2 à 3 avares, après quoi de l'air froid est fourni par le générateur de chaieur pour refroidir le rouleau qui a été entretempsl vulcanisé complètement* le refroidissement dure environ 30 minutes. Une car- taine inégalité de vulcanisation peut être décelée, mais celle-ci est mineure et on considère que le produit est vulcanisé de manière satisfaisante.
11 va de soi que l'appareil de l'invention décrit plus haut peut être moaifié sans sortir du cadre de l'invention, et, par exemple le nombre de canaux du .mandrin peut être différent de huit.