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- Procédé pour former des oouches poreuses et des rouleaux comprenant de telles couches.
La présente invention concerne la fabrication de oouches compressibles et,dans sa forme préférée,de rouleaux ou de cylindres Comprenant de telles couches compressibles.
Les rouleaux de compression utilisés en général à présent en imprimerie et pour des applications industrielles sont souvent mis en oeuvre conjointement avec une surface non élastique,,qui est d'habitude celle d'un rouleau non élastique, bien qu'une plaque convienne aussi. Pour obtenir le contact intime requis avec la matière qui passe entre les deux rouleaux, une force est exercée sur l'ensemble.
Il est donc nécessaire que l'un des rouleaux ou
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Le caoutchouc n'a pas cette pro-
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priété et il es È plutôt déplacé par la foroo et a'écoule ainsi à la manière des liquides. '.Lorsque des pressions sont exercées sur le caoutchouc, celui-ci s'écarte du point d'application de la pression dans diverses directions, ce qui se-traduit par une
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déformation du caoutchouc sans modification sensible de son Volume, de sorte qu'il prend une forme différente de sa forme initiale avant l'application de la force.
Dans les machines à grande vitesse utilisant de tels rouleaux, le manque de compressibilité en volume et de stabilité dimensionnelle se traduit par un cer- tain nombre d'inconvénients, par exemple un échauffèrent,une accu- mulation de charges électrostatiques, un accroissement de l'usure et des variations de vitesse dans la passe.
Dans sa forme de réalisation préférée, la présente invention procure un rouleau comportant une couche réellement compressible.
L'invention a pour objet une couche poreuse compressible.. comprenant plusieurs nappes de filaments parallèle$., les filaments de chaque nappe faisant un angle avec ceux de la nappe voisine, étant unis à leurs points de croisement par un liant élastomère et définissant des espaces vides dans la couche poreuse.
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D-nz -1c forme de réalisation préférée, l'invention a pour objet un rouleau qui comprend une couche poreuse d'une matière filamentaire constituant l'élément compressible enroulée sur une âme sensiblement non élastique et rendue cohérente à ses points de croisement par
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un liant élastomère qui recouvre en subetance la matière filamen- taire. La matière filamentaire est envidée suivant un angle par rapport à 1.'axe de l'amende manière à constituer un élément poreux qui comprend un réseau d'espaces vides entre les filaments adja- cents. La matière filamentaire est envidée de façon que les fila- ments adjacents de la même nappe n'aient pas de points de contact.
Lorsqu'une pression est exercée sur le rouleau pendant son utili- sation, le liant élastomère flue dans les vides et, par consé- quent, le rouleau occupe un volume plus petit que lorsqu'il n'est pas sollicite par la pression. Le rouleau a, en outre, de la résistance à la déformation latérale en raison de la stabilisation assurée par la matière filamentaire. Ainsi, le rouleau est compressible en volume parce que sous pression il occupe un volume plus petit que celui qu'il occupe lorsque aucune pression n'est exercée et il est, en outre, dimensionnellement stable.
Dans le rouleau, le mouvement sous oompression est sensiblement nul sauf dans la ligne direote suivant laquelle la pression/est exercée.
Suivant un autre de ses aspects, l'invention a pour objet un procédé pour former une couche poreuse compressible, suivant lequel on envide plusieurs nappes de filaments sur une âme suivant un angle avec l'axe de l'âme et de manière que les filaments envidés définissent des espaces vides, une matière élastomère étant apportée pour unir les filaments des nappes adjacentes à leurs points de croisement.
L'invention est davantage illustrée par la description donnée ci-après à titre d'exemple uniquement avec référence aux desoins annexés, dans lesquels:
Fig. 1 est une vue schématique d'un rouleau dont une partie de l'enveloppe superficielle a été arrachée;
Fig. 2 est une vue sohématique à plus grande échelle ' de deux nappes de filaments envidés;
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Fig. 3 est une vue schématique a plus grande échelle de ¯ ; la section.du rouleau suivant la ligne 3-3 de la Fig. 1;
Fig. 4 est une vue analogue à celle de la Fige' ornais dans la rouleau comprimé;
Fig. 5 est une vue-schématique de deux nappes de fila- ments envidés, et
Fig. 6 illustre un procède pour produire le rouleau.
Dans les dessins, la Fig. 1 représente un rouleau 10 constitué par une âme non élastique 11 sur laquelle sont envidées,\ suivant un motif-déterminé au préalable, des fibres 13 gainées de caoutchouc. La surface est recouverte d'une enveloppe 12.
La Fig. 2 représente sohématiquement à plus grande échelle deux nappes de filaments envidés, Les filaments 15 sont envidés sur l'âme suivant un certain angle de droite à gauche.
Les filaments 16 sont ceux de la nappe suivante envidés de gaucho à droite suivant le même angle que les filaments 15. Les fila- ments 15 et 16 sont unis à leurs points de croisement 17 par le liant olastomère.
La Fig. 3 représente schématiquement à plus grande échelle une coupe dans une partie du rouleau 10. Sous une nappe superficielle 20, on trouve plusieurs nappes de cordes faites de filaments distincts
21 gainés d'un liant élastomère 22. Les filaments gainés définis'* sent due espaces vides 23 dans lesquels le liant élastomère flue lors de la compression. La Fig. 4 montre la même section que la
Fig. ',mais aprs compression lorsque le liant élastomère 22 a été forcé de fluer dans les espaces vides 23.
Dans la Fig. 5, la ligne continue 27 représente un fila- ment envidé sur une urne non élastique 25,suivant un angle déterminé au préalable,de la guuche vers la droite. La ligne pointillée 26 représente la place occupée par le même filament lorsqu'il est envidé de la droite vers la gauche et rebrousse vers la gauche . de l'urne 25.
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On forme les roulouux on envieunt la matiere filamontaire sur une âme non élastique suivant un motif déterminé au préalable.
Chacune des spires succossives ne a'applique pas dircctement sur le filament parallèle sous-jacent de l'autre napper nais est déca- lée pour assurer @ formation des vidco requin, de aorte quo les filamments adjacents de la même nappe n'entrent pas en contact les uns avec les autres.
Dans une forme de réalioation, on commence l'envidage de filaments à une extrémité de l'âme et on poursuit l'envidage suivant l'angle requis jusqu'à l'autre extrémité de l'âme. On inverse alors la direction d'envidage et on poursuit cette opération à rebours suivant 'le même angle,de manière que les filaments de la nappe supérieure croisent ceux de la nappe inférieure. Lorsqu'on atteint le point de départ, on inverde à nouveau la direction en s'arrangeant pour déplacer la nappe supérieure de spires pour éviter qu'elle se place directement, sur la nappe sous-jaoente envidée dans la même direction.
On poursuit l'opération jusqu'à ce que le nombre de nappes de spires requis soit atteint.
Une technique de fabrication des produits compressibles est illustrée dans la Fig. 6 qui montre comment le filament 28 est dévidé d'une bobine 29, paase sur un galet 30 et traverse un récipient 31 de matière élastomère liquide 32. Le filament gainé 33 quitte le récipient 31 à travers une filière 34 qui dépose la quantité requise de matière élastomère sur le filament.
Le filament ainsi gainé passe dans le séchoir 35 où la matière élastomère est séchée. Le filament gainé 33 pasce alors autour du.bras de tension 36 et pénètre dans une machine d'envidage classique,où il est envidé suivant un motif déterminé au préala- ble sur l'âme 38. Lorsque l'envidage est terminé, la vulcanisa- tion du liant est exécutée et, si on le désire, une couche super- ficielle d'une matière convenable est appliquée sur l'ensemble.
On peut recourir à tout procédé approprié pour déposer
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lu tc'r..,p,'J r i 4..t i'" a.,;r.,wG.." F r, 1 t1 ,. ,3r.k 1 lu .6.rL.:4i ' :/ ,' si:1 .1"" .d 8 .1. :ß 4Ar w tr;/' di ,, peut j1.CCCr dunn un bain de la a'erû ,astoae %ce M.on calle-oi ut Cire tr;xao:bxa au filament au moyen d'un rouler applicateur. zozo pr;'ârcncc, ln mtière ëlaatomero est appliquée 4r passage du filment dc#n# uno sasao de matière élaatoméro, puis à travers ime iLlil>11.
Le o6chace aut être exécuté dane de l'air chaude au moyen do banco de lampes infrarouges ou à l'aide d'un autre dis- positif do séchage. Il n'est pas critique que les filaments gaines
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aoicnt ooapl&tcseï).t socs et il suffit que la gaine élastomère soit . nozù-1 nûoho pour empêcher l'encrassement de la machine d'envidago. pour empéclier des .t'1lara(nts non a3.nvs dlantrer en contact les uns avoe lea autres à leurs points de croisement et pour empêcher les 1':C.a.- ments de percer la matière élastomère aux pointa de croisement.
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te séchage de la matière élastomère jusqu'à une teneur en humi-. dicté do 2 à 3 est satisfaisant.
En variante, des filaments non gainés peuvent être envi- dés directemont sur une âme de la manière décrite ci-dessus. A mesure quo les filaments sont déposés sur l'àme et sur les nappes
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oous-jacontes de filaments, un liant élastomère est app17quê1par exemple par pulv risationlPour que les filaments soient gainés et unis en leurs points de croisement. Au cours de la fabrication de rouleaux suivant cette variante, il faut veiller à régler la teneur en solides du liant appliqué et la vitesse d'envidage des filaments pour empêcher le colmatage des vides par le liant.
On peut appliquer un ou plusieurs filaments simultané- ment sur l'âme. Par exemple, on peut commencer aveo deux filaments
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soit aux extrémités oppo#es de l'âme, aoit au milieu de celle-oï et len envider 4n sens opposes suivant le même angle,
Le volume des espaces vides des rouleaux et l'épaisseur des couches des filaments peuvent varier dans'des intervalles relativement étendus suivant les propriétés que doivent avoir les
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rouleaux. Par exemple, pour un rouleau de*'compres'aioM* utilisé en typographie, on désire une compression relativement faible,par exemple d'environ 0,0127 cm et à cette fin une épaisseur d'environ 0,0762 cm de filaments d'un diamètre de 0,0127 om oonvient.
Pour un rouleau -textile à oompression élevée, on peut prendre environ 1,27 cm de spires de filaments de 0,0254 à 0,0506 cm. pour la plupart
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des applications, l'épaisseur précitée de Oj,0762 en est un minimum et 1-lépalsseur précitée de 1,27 cm un maY..iHlU!D.. Il convient de noter que ces valeurs sont données uniquement à titre d'illus- tration et peuvent varier avec la nature du filament utilisé.
Le nombre des couches de matière filamentaire dépend du motif réalisé par envidage, du diamètre des filaments, de la tension d'envidage des filaments et de l'angle des spires. Les spires sont orientées de préférence entre une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe du rouleau et une direction faisant un angle
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de 45 avec cet axe. Par "direotion sensiblement perpendiculaire" on entend une direction faisant un angle de 90 avec l'axe du
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rouleaulmais à l'exclusion de l'angle de 90 . Si les filaments étaient envidé s perpendioulairement à l'axe du rouleau, C-1 est- à- dire suivant un angle de 90 , les spires successives s'appliquoraient exactement les unes sur les autres et ne se repartiraient pas sur toute la surface du rouleau.
Il est critique que les filaments
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se placent sous un angle tel que les filaminto adjacents n'entrent pas en contact. L'angle minimum doit donc être tel qu'au cours d'un tour du rouleau, le filament avanoe sur le roulées d'une
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distance supérieure au diamètre du filament Gaird. Le. dimension minimum des vides est une fonction du diame-tro des ZilL,2.lontz.
Les angles spécifiques choisis dépendent aussi de la. circon- i'6xenoe du rouleaulainsi que du volume que doivent avoir las viûcc.
Plus les filaments sont rapprochés, pluo les video cent 'petits et plus la compression cet faible. Dans un rouleuri de calandre, par exemple, lorsque la déformation xo,a-. : cet ft6qivm-
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ment de 0,0076 à 0,0127 cm, une couche relativement mince de spires de filaments à volume de vides relativement petit ' con- vient. Dans un rouleau de calandre permettant une déformation relativement importante, par exemple d'environ 0,076 à 0,127 cm , une couche relativement épaisse de spires de filaments ménageant un volume de vides relativement important est nécessaire,
Suivant une variante, la matière filamentairo est envidée suivant un angle pour plusieurs nappes après quoi l'angle est modifié.
Ainsi, un rouleau peut comprendre des spires faisant des angles différents.mais l'angle ne peut se modifier dans l'étendue d'une même nappe. L'angle doit rester constant dans toute la nappe.
Dans une forme de réalisation préférée, le volume des espaces vides n'est pas inférieur à 10%. Toutefois, on peut recourir à un volume d'espaces vides inférieur à 10% pour les compressions faibles. La limite supérieure du volume des espaces vides est déterminée par l'inégalité de pression qu'on peut tolérer pour l'application'particulière du rouleau. Lorsque .les filaments sont envidés de manière à ménager un volume de vides relativement important, la dimension des vides formés ,se traduit par des variations de compression à la surface du rouleau,
Le volume du liant élastomère appliqué sur 'les filaments est do préférence égal au volume des vides. De préférence, le volume du lient élastomère n'est pas supérieur au volume des vides.
Il faut que le volume d'élastomère soit au moins suffi- sant pour que le liant pénètre dans les vides par fluage ce qui as- sure la déformation requise du rouleau. Dans une forme de réali- cation préférée en particulier, on prend environ 75% en poids de liant ,sur la base du poids des filaments.
Do préférence, on applique sur la surface du rouleau un revétement lisse et résistant à l'abrasion. Ce revètement sup- prime le motif que les filaments pourraientimprimer sur une matière
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passant sous le rouleau et protège les filaments contre los dégra- dations et l'usure. La nature du revêtement de surface peut être choisie en fonction de Inapplication envisagde pour le rouleau et ce . revêtement peut être uns en place sous diverses formes.
Dos exemples de matières approprie,- pour les revêtements de surface sont les compositions de caoutchouc synthétiquo, comme les copolyméros butadiène/acrylonitrile et butadiène/styrène/acylonitrile, les polymères vinyliques comme le poly(chlorure de vinyle) et le poly- (chlorure de vinylidène), outre les résines époxydes et les polyuré- thannes.
Les revêtements peuvent ôtre appliques au moyen d'une solution ou d'un latex ou sous la forme d'un ruban ou bien d'une pellicule exempte de support où rétréclssable. lorsqu'on ne désire pas une . surface lisse et polie, l'ensemble de la face visible du rouleau peut être constitua par des spires serrèes de filaments.
La fabrication d'un rouleau par le procédé de l'invention est illustrée, sans être limitée, par les exemples suivants.
EXEMPLE 1. -
On applique sur une âme de rouleau d'une longueur de 15,25 cm et d'un diamètre de 5,33 cm, du fil vendu sous le nom de Fibreglass (EGG 150' 3/0, diamètre moyen de 0,0254 cm, le degré de retordage
0, denier de 900,/charge de rupture de 16). On recouvre-le fil de caoutchouc nitrile à raison de 13% en poids de caoutchouc sur .' la base du poids du fil. On utilise une machine Leesona 959 pour envider environ 3290 mètres de fil sur l'âme suivant un angle de 45 . On exécute l'envidage de manière que les nappes successi- ves parallèles de fil ne tombent pas directement les unes sur les autres. La distance entre les fils adjacents est d'environ 0,079 cm.
L'épaisseur de la couche filamentaire est d'environ 1,27 cm. On soumet le rouleau à un traitement supplémentaire au moyen d'une solution à 10% de caoutchouc nitrile,pour augmenter l'adhérence des fils.'On applique sur le rouleau une couche superficielle constituée par une pellicule de polyuréthanne d'une épaisseur de
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0,05 cm. Le rouleau fini comporte pour 50% en volume du fil gainé et pour 50% en volume des espaces d'air.
Par "filament" et "matière filamentaire", on désigne tant dos fibres continues que des ensembles de fibres présentés en mèches, cordes, filés et fils. De préférence, la matière fila- mentaire utilisée suivant l'invention constitue une mèche trai- tée do la manière habituelle pour réduire l'abrasion au cours de la confection du rouleau, par exemple par application d'un enduit polymère, par exemple .de (polychlorure de vinyle), d'un plastisol ou de Néoprène.
Les filaments utilisés peuvent comprendre des fibres tant naturolles que synthétiques, par exemple des fibres de verre, des fibres acryliques modifiées vendues sous le nom de DYNEL, ,des fibres de polyester vendues sous le nom de DACRON, des fibres . de polyéthylène, des fibres de polypropylène, des fibres de poly (chlorure de vinylidène),des fibres de polyfluorocarbures, des fibres de rayonne, dos fibres de Nylon, des fibres acryliques, des fibres do coton et des fibres de laine. La nature des fibres utilisées est choisie suivant l'application envisagée pour le rou- leau. Par exemple, le verre est préféré comme matière filamentaire en raison de sa reprise élastique en substance complète pour sensiblement toutes les charges et températures.
Lorsque les charges*sont relativement faibles ou si la reprise élastique n'est pas un facteur important de l'utilisation du rouleau, on peut prendre d'autres matières. Par exemple, le DYNEL, qui a une reprise élastique de 100% pour un'allongement de 2% convient pour les opérations sous charge relativement faible .
Dans une forme de réalisation préférée, on utilise des fils ,de verre filamentaires continus. Le fil filamentaire continu est formé par retorde et/ou groupage d'un certain nombre de fibres vendues sous le nom de Fibreglass. On applique un apprêt. polymère.sur le fil pour rendre le verre non friable. ,
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Tout liant élastomère convient aux fins de l'invention.
Des exemples de tels élastomères sont les caoutchoucs synthéti- ques, comme le caoutchouc nitrile, le Néoprène, le caoutchouc naturel et les caoutchoucs butadiène/styrène. Les liants sont utilisés de préférence à l'état de solutions dans des solvants divers. Toutefois, les latex en milieu aqueux conviennent aussi ' pour l'application de l'élastomère sur les filaments.
De petites quantités d'additils classiques, comme des agents de vulcanisation, antioxydants,activateurs d'adhérence, plastifiants, émollients, accélérateurs organiques, etc. peuvent être incorporés au liant élastomère.
Le filament doit être en substance recouvert par le liant ou doit porter un dépôt suffisamment uniforme pour que le profil de compression soit uniforme sous charge.
Par exemple, en vue d'une souplesse particulière, le liant élastomère peut être expansé suivant les techniques habituelles.
On peut recourir aux divers agents de soufflage connus, par exemple le 4,4'-oxybisbenéynesulfonylndraéide,pour des liants élastomères en vue de leur expansion, L'importance de l'expansion de l'élastomère peut varier. Par exemple, on peut exécuter l'expan- sion de façon que les espaces entre les filaments du rouleau soient en substance remplis d'élastomère cellulaire, les filaments étant unis par un réseau de liaisons d'élastomère à élastomère.
Dans ce cas, les vides dans le liant élastomère cellulaire permet- tent la compression en volume et les liaisons d'élastomorc à élastomère dans le réseau cellulaire confèrent une Grande souplesse 'au rouleau . L'expansion dans une moindre mesure donna un rouleau dans lequel les espaces définis par les filaments envidés ne sont pas complètement occupés par l'élastomère cellulaire et les fila- ments sont gainés d'une mince couche d'élastomère exposé qui confère aussi de la souplesse au rouleau.
On trouvera ci-après un exemple de la fabrication d'un
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rouleau conformément à l'invention, a'moyen d'un liant élastomère expansé.
EXEMPLE 2. -
On envide sur une âme d'une longueur de 1,984 mètre et @ d'un diamètre de 11,56 cm du fil vendu sous le nom de Fibreglass (ECG 150 3/0) à une vitesse de 125 tours par minute,suivant un angle de 70 au moyen d'un renvideur McClean-Anderson (modèle W-L).
L'espace entre les filaments parallèles adjacents est d'environ
0,254 cm. Avant l'envidage, on applique trois couches d'un liant élastomère sur le fil et on sèche chaque couche avant d'appliquer La suivante, le fil portant la gaine finale ayant un diamètre de
0,178 cm.
Le liant élastomère utilisé a la composition suivante:
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<tb> Caoutchouc <SEP> Néoprène <SEP> 100
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<tb> Oxyde <SEP> de <SEP> zinc <SEP> 5
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<tb> Oxyde <SEP> de <SEP> magnésium
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<tb> Antioxydant <SEP> 2
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<tb> Réside <SEP> phénolique <SEP> 15
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<tb> Résine <SEP> coumarone-indène <SEP> 10
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<tb> Hydrocarbures <SEP> aliphatiques <SEP> 15
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<tb> Agent <SEP> de <SEP> vulcanisation <SEP> 0,8
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.On maintient la tension du fil pendant l'envidage au minimum, soit à environ 200 g.
On envide le fil jusqu'à un diamètre do 15,74 cm, la quantité de liant élastomère (solides) déposée étant de 10,906 g et la quantité de fil de verre envidée étant de 2060 g. On applique une mince couche de liant sur le rouleau obtenu, puis on vulcanise l'ensemble pendant 4 heures à 121 C.
On obtient ainsi un rouleau dans lequel les espaces ménagés lors de l'envidage initial du filament gainé sont sensiblement remplis par le liant élastomère expansé, l'espace libre requis pour la compressibilité en volume étant assuré par la structure réticulaire
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- de l'élastomère expansé.
Dans uno autre forme de réalisation de l'invention, au lieu d'appliquer la matière filamentaire directement sur une âme non élastique, on dispose une couche de matière compressible supplémentaire entr l'âme et la couche poreuse de matière fila- - mentaire. Des exemples de telles mâtures sont les polymères expan- sés, par exemple, le caoutchouc Néoprène, le caoutchouc de polyuréthanne et le caoutchouc naturel expansés.
Les âmes sur lesquelles les filaments sont envidés peuvent être en acier, en caoutchouc,, en plâtre ou en une matière analo- gue, Le produit obtenu par envidage du filament peut être utilise avec l'âme, ou bien celle-ci peut âtre retirée,.au terme de l'on- vidage. La masse de filament et d'élastomère vulcanisé peut être simplement retirée de l'âme ou séparée de l'âme par dissolution de cette dernière au moyen d'une substance qui ne dissout pas le filament ni le liant élastomère. On peut également recourir à une âme souple.
L'âme non élastique peut être perforée afin que l'air puisse s'échapper lors de la compression. De cette façon, le rouleau est refroidi au cours de son utilisation aux grandes vitesses. Dans une forme de réalisation préférée en particulier, l'âme non élastique comprend un cylindre perforé creux.
L'invention a été décrite principalement avec référence à un rouleau,,mais il est évident que le procédé s'applique aussi à la production de feuilles lorsqu'on désire obtenir des feuilles compressibles. On peut obtenir une telle feuille à par- tir d'un rouleau muni d'une couche compressible en coupant la couche suivant une ligne parallèle à l'axe du rouleau et en déroulant la couche filamentaire compressible poreuse de l'âme non élastique. Le feuille ainsi obtenue convient, par exemple., comme blanchet compressible en lithographie et pour comme habil- lage en typographie.
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Les rouleaux peuvent être utilisés pour la typographie et l'offset, pour l'apprêtage et le lustrage des matières textiles, pour le calandrage, pour la stratification, et pour d'autres appli- cations requérant un rouleau compressible. Par exemple, on peut fabriquer un produit manufacturé convenant comme bandage élasti- que pour véhicules en envidant directement la matière filamentaire conformément à l'invention sur une jante ordinaire pour pneuma- tiques et en recouvrant le produit,apprès l'envidage,au moyen d'une couche polymére résistant à l'abrasion,telle que l'une ou 'autre composition classique pour bandes de roulement.
En variante, on peut retirer le produit envidé de l'âme de la façon décrite ci- dessus.. par exemple en retirant le mandrin, puis 'insérer dans une carcasse de.pneumatique classique. Les bandages élastiques obtenus do l'uno ou l'autre façon sont compressibles et dimen- sionnellement stables et ont évidemment Inintéressante propriété ' de ne pouvoir se dégonfler.