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La présente invention est relative à un procédé et à un appareil pour préparer efficacement des pellicules,en parti- culier des pellicules tubulaires de résines thermoplastiques' et spécifiquement pour préparer une pellicule tubulaire transpa-. rente présentant un diamètre uniforme et une épaisseur uniforme à partir d'une résine thermoplastique cristalline telle que le polypropylène.
Un procédé très efficace pour fabriquer des pellicules thermoplastiques tubulaires a été décrit précédemment dans le brevet français 1.433.199. Suivant le procédédécrit précédemment,' une pellicule fondue de résine thermoplastique est introduite en provenant d'une machine d'extrusion et est amenée à passer , généralement vers le bas à partir d'une filière d'extrusion de pellicule entre un élément supportant la pellicule et disposé verticalement et à corps ou bain fixe contenant du liquide re- froidissant. L'élément supportant la pellicule constitue une paroi de l'enceinte qui contient le liquide refroidissant et la pellicule fondue est maintenue en contact avec au moins une par- tie de l'élément supportant la pellicule par la pression du li- quide refroidissant,
pression exercée contre la pellicule. Après cela, la pellicule finie est recueillie en étant amenée à passer à travers un enceinte placée au voisinage de Isolément qui suppor- te la pellicule au fond de l'enceinte contenant le bain de liquide refroidissant.
Pour la production d'une pellicule tubulaire, une masse de pellicule essentiellement tubulaire et fondue,en résine ther- moplastique,est de nouveau formée par des techniques d'extrusion typiques et est refroidie par le fait que la masse de pellicule tubulaire est amenée à glisser sur un mandrin refroidissant cylin- drique qui est placé dans une masse ou bain fixe de liquide re- .
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froidissant. La surface externe de la pellicule tubulaire est refroidie par contact avec le liquide refroidissant et la surface interne de la pellicule est refroidie par contact au moins partiel avec le mandrin refroidissant durant le temps où la pellicule a été amenée à glisser sur le mandrin.
De préférence, la pellicule tubulaire fondue est refroidie partiellement et son expansion est provoquée en même temps avant qu'elle ne passe sur le mandrin, à l'aide d'un gaz refroidissant par exemple de l'air ou de l'azote, soufflé contre la pellicule ou bien sur la surface interne et la surface externe de la masse ou du corps de la pelli- cule. Le gaz soufflé de l'intérieur de la pellicule tubulaire est dirigé avantageusement vers le haut contre la pellicule dans la zone où celle-ci touche en premier lieu le mandrin. Cependant, le gaz refroidissant pourrait être dirigé à la fois vers le haut et vers le bas contre la surface interne de la pellicule qui est avancée vers le bas.
Quand la pellicule tubulaire quitte le man- drin refroidissant, la pellicule est. amenée à travers une enceinte élastique au fond de la cuve contenant le liquide refroidissant pour facilitér l'enlèvement de la pellicule du bain sans fuite excessive du liquide refroidissant.
Malgré l'utilité du procédé susdécrit dans la fabrication de pellicules thermoplastiques fort transparentes, on s'est heur- té à certaines difficultés de maintenir l'épaisseur de la pelli- cule à des-niveaux constants. On pense que les variat,ions de l'épaisseur du filme proviennent de la limitation imposée à la précision des dimensions, limitation inhérente à la filière d'extrusion de pellicule. Etant donné que ces variations de l'é- paisseur des pellicules se produisent presque constamment dans la même position de la pellicule, les rouleaux de la pellicule ont de sérieuses variations dd diamètre. Quand ce rouleau de
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pellicule est déroulé, il reste la variation d'épaisseur de la pellicule qui provoque des difficultés d'imprimer la pellicule ou d'en faire des sacs.
Or on a trouva suivant la présente invention,que le problème présenté par le procédé susdécrit visant à former des pellicules tubulaires peut être évité et qu'on parvient à former des rouleaux de pellicule présentant un diamètre transversal en substance uniforme en faisant tourner ou osciller la filière d'extrusion de pellicule, le mandrin refroidissant et le bain de liquide refroidissant en môme temps à une vitesse relativement faible. La rotation ou l'oscillation de la filière font que la variation de l'épaisseur normalement associéeaux filières d'ex- trusion des pellicules est distribuée au hasard sur l'entièreté de la surface de la pellicule.
Dès lors, quand le produit sous- forme de pellicule tubulaire est recueilli sous la forme d'un rouleau, les rouleaux complets ont un diamètre en section trans- versale essentiellement uniforme.
Pour obtenir que le produit pelliculaire final présente l'uniformité désirée, il est nécessaire que la filière d'extrusion, le mandrin et le bain de liquide soient maintenus en relation fixe l'un par rapport à l'autre et soient amenés à tourner ou à osciller simultanément, uand on ne fait tourner ou osciller que la filière d'extrusion, il est extrêmement difficle de faire tourner la filière et de la maintenir dans une direction perpen- diculaire aux surfaces verticales du mandrin et la rotation excantrique de la filière par rapport au mandrin est inévitable.
De même, si le bain de liquide refroidissant dans lequel le mandrin refroidissant est placé, était maintenu en position sta- tionnaire et si la filière d'extrusion et le mandrin étaient ame- nés à osciller ou à tourner, il en résulterait qu'un intervalle indésirable pourrait se former entre le jointpour le liquide du bain pour le 'refroidissant et le mandrin ou que le joint/liquide pourrait être
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amené de force en contact trop rigide avec le mandrin empêchant ainsi le glissement de la pellicule sur le mandrin durant les opérations commerciales à grane vitesse.
Il est donc nécessaire quand on applique la présente invention, de retenir la filière d'extrusion, le mandrin et la cuve de liquide en une relation fixe l'un par rapport à l'autre et de faire tourner ou de faire aller et venir la filière, le mandrin et la cuve de liquide simultané- ment,
La présente invention sera mieux comprisé si on se réfère au dessin lequel est une élévation frontale d'une forme de réalisa- tion de la présente invention dont la partie principale est montrée en coupe transversale.
Dans le dessin, on voit que la filière d'extrusion est cons- tituée d'une partie externe 1 et d'une partie interne 3, Les par. ties de filière sont fixées l'une à l'autre et suspendues de ma- nière à pouvoir tourner à partir de la section d'adaptation d'une extrudeuse typique (non montrée au dessin)à l'aide d'un palier de butée 20. Entre les deux parties de filière 1 et 3 est formé un passage 2 pour l'écoulement de résine thermoplastique fondue, ;
Le passage 2 débouche en une fente annulaire 4 au fond de la fi- lière. La résine thermoplastique fondue est introduite dans le passage 2 à partir de l'extrudeuse en passant par un canal 21.
La notation de référence 17 désigne un accessoire métallique à l'extrémité inférieure duquel est fixé un mandrin tubulaire creux
7L'accessoire métallique 17 est inséré dans une ouverture centra- @ le formée dans la partie interne 3 et est maintenu, en place à l'inté- @ rieur de l'ouverture centrale par une bride 8 et des boulons 9 prévus à la périphérie autour de l'accessoire métallique 17,
L'accessoire métallique 17 comporte des conduits d'admission '5' pour l'introduction du gaz refroidissant à l'intérieur du mandrin et des conduites de sortie 5 pour le retour du gaz refroi- dissant à partir du mandrin.
Les conduits passent à travers des
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ouvertures 6 qui 'sont forés latéralement dans la filière,
La notation de référence 10 désigne une cuve contenant un liquide refroidissant externe, cette cuve étant'placée autour du mandrin refroidissant 7 à l'extérieur et à la périphérie de celui-ci. Le mandrin refroidissant forme une paroi de l'enceinte contenant le liquide refroidissant. Le mandrin 7 s'avance à travers le plan inférieur de la cuve à liquide 10. Un joint élastique 11 est placé autour et à l'extérieur, à.la périphérie de l'ouverture pratiquée dans le fond de la cuve à liquide 10.
Le joint est en contact avec la surface externe du mandrin refroi. dissant et sert à maintenir le liquide refroidissant à l'intérieur de la cuve qui le contient. En cours d'opération, la pellicule tubulaire 12 est formée par extrusion d'une résine thermoplastique passant par la fente annulaire 4. L'expansion de la' pellicule ou film@ est provoquée en même temps et la pellicule est refroidie au préalable au moyen d'un gaz refroidissant dirigé vers le haut à partir du mandrin refroidissant par des moyens non représentés et elle est amenée à passer sur le mandrin refroidissant 7.
Après avoir été en contact avec le Mandrin refroidissant 7 et avec le liquide refroidissant contenu dans la cuve 10, la pellicule tubu- laire glisse de la zone de refroidissement entre le mandrin et le joint élastique 11.
La cuve à liquide 10 est suspendue à partir de la partie externe 1 de la filière à l'aide d'au moins trois supports métal- liques 14 qui sont fixés à la partie 'externe 1 à l'aide de boulons 16. L'ajustement ou l'alignement latéral et longitudinal de la cuve à liquide 10 par rapport au mandrin 7 est obtenu à l'aide de boulons de réglage 18 et 18'
La filière d'extrusion, le mandrin et la cuve contenant le liquide refroidissant sont amenés à osciller ou à tourner simulta- nément sous l'action d'un mécanisme d'entraînement (non représenté)
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agissant sur un pignon 15.
Le pignon 15 et les supports métalli- ques 14 sont attachés à la partie externe de la filière au moyen des boulons 16, Le transfert de la chaleur de la part de filière externe 1 au pignon et auxsupports 14 est empêché par un dispositif isolant 13. Après avoir quitté le mandrin refroidis*, sant, le produit en forme de pellicule tubulaire finie 12 est plié et applati à l'aide de rouleaux de pinçage 19. Après cela la pellicule est amenée à des rouleaux d'enroulement.
Dans ce qui suit, la présente invention,procédé et appa- reil, sera décrite avec référence au polypropylène en tant qu'exem- ple d'une résine thermoplastique appropriée, u polypropylène cristallin convenant pour faire des pelli- cules est fondu de la façon ordinaire dans un dispositif d'extru- sion typique et est amené vers le bas en passant par une filière , servant à extruder des pellicules tubulaires.
La pellicule tubu- . laire fondue est soumise à un refroidissement préliminaire,avant d'entrer en contact avec le mandrin refroidissant, à l'aide d'un : gaz refroidissant tel que l'air soufflé avec força pour solidifier : partiellement la pellicule. Il est souhaitable que lerrefordisse- ment préliminaire soit effectué à l'aide d'air soufflé à l'ex- térieur de la pellicule au moyen d'un anneau à air plac6 inné- diatement en dessous de la filière annulais, outre, un gaz refroidissant comprima est soufflé à l'intérieur de la pellicule tubulaire pour la refroidir et pour provoquer en même temps son expansion de façon que le tube atteigne un diamètre légèrement supérieur à celui du mandrin.
Au cours d'opérations industrielles dans lesquelles on cherche à produire une pellicule fort transparente, il est nécessaire que le corps de la pellicule soit refroidi au préala- ble à l'aide d'un gaz refroidissant avant d'entrer en contact avec le liquide contenu dans le bain refroidissant à un degré tel que
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la viscosité maximale du polymère soit atteinte sans qu'il se produise "une marque,, sur la pellicule avant que celle-ci ne vienne en contact avec la liquide refroidissant. Typiquement, les pellicules de polypropylène doivent être à une température d'environ 190 C à 210 C et les pellicules de polyéthylène doivent être à une température d'environ 150 C à 160 C immédiatement avant de venir en contact avec le bain refroidissant.
La filière d'extrusion de pellicules tubulaires est reliée rigidement au mandrin refroidissant et la filière est-équipée avantageusement à l'aide de moyens de transfert d'un liquide refroidissant échangeur de chaleur vers l'intérieur du mandrin refroidissant et hors de celui-ci, de moyens pour fournir du gaz refroidissant comprimé à l'intérieur de la pellicule pour pro- voqer simultanément son expansion et son refroidissement partiel avant qu'elle n'atteigne le mandrin et de moyens pour fournir du gaz comprimé à l'intérieur de la pellicule tubulaire quand celle-ci est située entre le mandrin et les rouleaux de pincage et d'enroulement. Dans une forme de réalisation préférée de la présente invention, du liquide refroidissant s'écoule à travers la filière annulaire pour entrer dans le mandrin et est évacué.
Le passage du liquide refroidissant à travers le mandrin maintient la paroi de celui-ci à la température désirée. Cependant, dans la plupart dos cas, il n'est pas nécessaire que le mandrin refroi- dissant soit refroidi intérieurement avec l'utilisation d'un li- quide en circulation car la majeure partie de la paroi du mandrin est refroidie indirectement par le bain de liquide refroidissant qui entoure la pellicule tubulaire.
En général, il suffit d'agiter une provision de liquide constante et maintenue à l'intérieur du mandrin en faisant barboter de l'air ou en utilisant un appareil d'agitation. On peut,utiliser avec avantage de l'eau comme liqui- de refroidissant contenu dans le bain externe et aussi pour re-
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froidir indirectement le mandrin. :
Quand on traite des polymères d'alkyl alpha oléfines tel- les que le polypropylène, il est souhaitable que le mandrin et le liquide refroidissant externe soient maintenus à des tempéra.. tures inférieures à environ 45 C.
Il este en outre désirable que le niveau du liquide refroidissant dans le bain soit maintenu de 5 à 35 millimètres au-dessus dupoint où on désire que se fasse le contact initial de la pellicule avec le mandrin. Quand le niveau du liquide refroidissant externe est à moins de 5 milli- mètres au-dessus du point où on désire que se fasse le contact initial avec le mandrin, la surface interne de la pellicule est ' à une température relativement élevée avant le contact avec le mandrin et il est vraisemblable que cette surface interne de la pellicule adhérera au mandrin.
Quand on élève le niveau du liquide refroidissant externe plus de 35 millimètres au-dessus du point où on désire que se fasse le contact de la pellicule avec le man- ! drin, la pression excessive qu'exerce l'eau pousse la pellicule contre la partie supérieure du,mandrin et fait que la pellicule se plisse. n général, quand on utilise un mandrin refroidissant au cours de la fabrication de pellicules tubulaires de résine- thermoplastique, des produits de décomposition de la résine ainsi que des additifs *.tels que des stabilisants et des agents de glissement ajoutés à la résine, peuvent se condenser sur le mandrin refroidissant, sous forme de liquide ou de solide.
La condensation de ces produits tend à gêner la processus et provoque également la formation de taches opaques sur la pellicule. Dans le procédé suivant la présente invention, du gaz refroidissant comprimé (par exemple de l'air) est soufflé contre la surface interne de la pellicule en un point situé immédiatement au-dessus de la
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zone de contact initial de la pellicule avec le mandrin.
Le gaz refroidissant est dirigé de préférence vers le haut à l'encontre de l'écoulement descendant de la pellicule pour provoquer l'ex- pansion et la rigidification partielle de la pellicule et aussi pour empêcher la condensation des produits de décomposition et des additifs de la résine dans la zone de contact, L'utilisation d'un courant de gaz refroidissant dirigé vers le haut réduit matériellement la quantité de produits condensés au point de contact de la pellicule avec le mandrin refroidissant.
Après la formation et le refroidissement de la pellicule, le 'corps de la pellicule tubulaire est dirigé vers le bas de ma- nière à passer au-delà d'un joint élastique placé à la jonction inférieure du mandrin refroidissant, qui constitue une paroi du récipient contenant le liquide refroidissant, et l'ouverture pratiquée dans le.corps principal de la cuve à liquide. Etant donné que les fuites du liquide refroidissant à partir du fond de la cuve à liquide sont empêchées essentiellement par le joint à liquide, la pellicule tubulaire quittant le mandrin refroidis- sant n'est pas accompagnée de quantités appréciables de liquide.
Le degré auquel la filière d'extrusion, le mandrin et le bain de liquide sont amenés à tourner ou à osciller dépend en premier lieu du degré auquel on désire distribuer au hasard la variation de l'épaisseur de la pellicule sur l'entièreté de la surface du corps de la pellicule. L'effet désirable de la dis- tribution de l'imprefection de la pellicule sur l'entièreté de la surface de son corps peut'être obtenue soit en faisant tourner continuellement la filière, le mandrin et le bain d'eau à des vitesses qui varient de cubiques révolutions par minute à quel- ques révolutions par heure, soit autrement en faisant osciller la filière,
le mandrin et le bain refroidissant par exemple en faisant tourner l'entièreté du mécanisme suivant un anle voulu à une vitesse voulue dans'un sens puis en faisant tourner l'appa-
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reil en sens opposé suivant l'angle voulu à la vitesse voulue.
Par exemple, on peut amener tout l'appareil à osciller suivant' un angle qui varie de 45 à 360 dans le sens des aiguilles d'une montre puis 'le faire tourner suivant le même angle en sens oppo- sé à des vitesses qui varient depuis quelques révolutions par minute jusqu'à quelques révolutions par heure.
De préférence, au cours de la production d'une pellicule tubulaire, on fait osciller tout l'appareil suivant un angle qui varie de 180 à 360 , Les termes "faire tourner" et "rotation" tels qu'on les utilises dans le présent mémoire servent à désigner tant. les opérations au cours desquelles tout l'appareil est amené à tourner continuelle- ment dans un sens que les opérations au cours desquelles tout l'appareil est amené à osciller en faisant tourner d'abord l'appa- reil dans un sens puis en sens opposé.
La présente invention sera mieux comprise si on fait réfé- rence à l'exemple qui suit.
Exemple 1
Du polypropylène ayant une teneur d'environ 96 % de produit isotactique et un indice de fusion égal à 8,2 a été soumis à ex. trusion vers le bas à l'aide d'une extrudeuse de 65 millimètres en étant amené à passer à travers une filière annulaire de 250 millimètres de diamètre à une température de 250 C. Un appareil destiné à faire osciller la filière était prévu entre la section d'adaptation de l'extrudeuse et la filière annulaire.et celle-ci a été amenée à osciller à une vitesse telle qu'il fallait environ
5 minutes pour effectuer un aller-retour suivant un cingle de
180 .
Le mandrin refroidissant et la cuve à liquide refroidissant étaient fixés à la filière et ont été amenés à osciller avec celle- ci* La pellicule tubulaire formée a été aplatie pour former une feuille et a été enroulée pour former un rouleau*
Le rouleau de pellicule ainsi formé avait une forme tubu- laire Complètement parallèle et aucune variation du diamètre du
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rouleau n'a été observée'quand la surface de la pellicule était parallèle à l'axe du rouleau. La formation de la pellicule a progresser de manière continue et on nb observé aucune fuite du lquide refroidissant hors de la cuve qui le contenait.
Au cours d'une deuxième expérience pendant laquelle on a arrêté la.rotation de va-et-vient de la filière, du mandrin et de la cuve à liquide, le rouleau de pellicule formé n'a pas mon- tré une àrme tubulaire complètement parallèle car une partie du rouleau, où la pellicule était épaisse en direction de la largeur du rouleau, présentait une surface convexe tandis qu'une autre partie du rouleau présentait une surface concave. La pellicule prélevée de ce rouleau irrégulier présentait de médiocres caracté- ristiques de planéité et un traitement ultérieur tel que l'impression ou la formation de sacs à partir de la pellicule tubulaire était très difficile.
Au cours d'une autre expérience onn'afait osciller que la filière et le mandrin refroidissant et on a maintenu la cuve à liquide refroidissant dans une position fixée. De cette façon il a été très difficile d'empêcher complètement l'oscillation exentrique du mandrin par rapport à la cuve qui contenait le li- quide refroidissant. durant la rotation du mandrin, la pression exercée par 14anneau de scellement élastique placé au fond de la cuve à liquide contre le mandrin n'était pas uniforme. A des moments divers au cours de l'expérience, la pression exercée par l'anneau formant joint a été soit trop forte, soit trop -faible.
Ainsi, au point du mandrin où la pression exercée par l'anneau formant joint ôtait trop faible, le liquide refroidissant contenu dans la cuve s'est échappé à travers le fond de la cuve. Au point du mandrin où la pression exercée par l'anneau formant? joint était trop forte, le glissement de la pellicule tubulaire sur le man- drin devenait difficile et à endommagea la surface de la pellicule,,