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Procédé pour fabriquer des bouts filtrante pour cigarettes,
La présente invention concerne la fabrication de bouts filtrants pour cigarettes et, en particulier, un procédé et un appareil perfectionnés utilisant un chauffage par mioro-ondos pour "vuleaniser" plus efficacement los bouts filtrants pondant leur fabrication.
Les cigarettes à bouts filtrants comprennent;, en géné- ral, un corps contenant du tabao et un bout filtrant qui en fait partie intégrante, le tabac haché étant enfermé ou roule dans une gaine de papier.
Par, "bout filtrant pour cigarette" on entend un filtre
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de forme normalement cylindrique et de calibre correspondant en substance à celui d'une cigarette, ce filtre,comprenant uno masse compacte unitaire do fibres crêpelées désenchevêtrées, Les fibres sont on substance longitudlnalement alignées mais pratiquement toutes les fibres comportent de préférence do courtes parties non orientées ou crêpelures qui sont disposées au hasard par rap- port à l'axe principal du bout filtrant, ce qui donne une masse de fibres dépourvue en substance de passages directs pour la fumée de la cigarette, La masse fibreuse formant le bout filtrant est, en générale maintenue dans sa forme cylindrique compacte par une bande forçant gaine.
Dans la fabrication industrielle des cigarettes à bouts filtrante on prépare en général séparément les bouts filtrants.
On los attache alors au corps de la cigarette qui contient le tabac, La fabrication d'une cigarette à bout filtrant n'est donc pas réalisée en procède continu. En générale on part d'une balle de fibres compactas qui constituent la matière première à partir de laquelle un grand nombre de bouts filtrants sont fabriques.
Le ruban de fibres est retiré de la balle en continu et soumis àune opération de foisonnement parsoufflage, Lo ruban ouvert ou foisonné, est alors traita au moyen d'un plastifiant et passe ensuite par un entonnoir de resserrement. L'entonnoir, avec les disposi- tifs ultérieurs, transforme le ruban de fibres en une masse fi- breuse sensiblement cylindrique dont le diamètre correspond on substance à celui d'une cigarette achevée. Apru avoir traverse l'entonnoir de resserrement, le ruban de fibres est déposé dans une gaine en papier ou en matibre analogue qui est ensuite ajustée et scellée autour de la masse fibreuse.
La gaine permet au jonc filtrant ainsi produit de conserver la forme qui lui a été donnée dans l'entonnoir de resserrement, lorsqu'il sort de ce dernier et avance vers l'aval pour subir d'autres traitements. Après façon- nage et gainage du ruban de fibres, le jonc filtrant produit tra- verse une tète de coupe qui le tronçonne en bouts filtrants de la
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longueur voulue, A partir do la tête do coupe, 3.vu bouta fil. trants passent sur une courroie transportours qui les entraîne vers un endroit où ils on sont enlèves.
Les bouts filtrants doivent être vulcanisés après avoir été façonnés par un appareil appropria. Par "vulacanisation", on entend ici que, en do nombreux points de jonction, les diverses fibres présentes dans le bout filtrant so soudent entre elles, La vulcanisation augmente également la fermeté du bout filtrant ce qui est souhaitable du point de vue commerclal. La soudure des fibres par vulcanisation cet due au fait quo le plastifiant tend h déformer los fibres aux points de jonction, ce qui permet aux fibres de fusionner ou se souder les unes aux autres, Cette vulcanisation des fibres transforme doux fibres, au point où elles sont soudées l'une à l'autre, en substance en une seule fibre par suite de Inaction dissolvante du plastifiant sur les fibres.
La vulcanisation des bouts filtrants pour produire une masse de fibres compacte, unitaire et non enchevêtrée n'y pas analogue 4 un collage en ce sens qu'on n'y a pas do colle entre doux fibres pour les maintenir assemblées.
Bien qu'une telle vulcanisation des bouts filtrants soit, dans un sens, activée si l'on applique la plastifiant sur les fibres, il faut prévoir un laps de temps supplémentaire pour assurer la vulcanisation complète des bouts filtrants aprs façonnage et tronçonnage. C'est-à-dire que les bouts filtrants doivent séjourner ou vieillir pendant un laps de temps suffisant pour assurer que les fibres qui les constituent soient vulcanisées à fond avant qu'on attache le bout filtrant au corps d'une cigarette à bout filtrant qui contient le tabac.
On connaît actuellement deux procédés pratiques pour vulcaniser les bouts filtrants. On peut en effet effectuer cette vulcanisation en permettant aux bouts filtrants de vieillir dans des conditions ambiantes dans une chambre d'entreposage ou de
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vieillissement ou en les soumettant une température élevée, Ces températures élevées ont été autrefois obtenues pur des disposi- tifs de chauffage par convection ou par conduction dans lesquels de la chaleur est induite dans lea bouts filtrants pour accélé rer leur vulcanisation finale.
Evidemment, il est souhaitable de vulcaniser les bouts filtrants en un laps de temps aussi court que possible de manière que l'on no doive pas prévoir d'entrepôt sage et, par conséquent, d'immobilisation prolonge avant de leur faire subir les autres traitoments, Bien que l'on utilisa déjà actuellement dos procèdes conformes aux principes, que l'on vient de décrire, ces procèdes ont des inconvénients qui les rendent peu économiques dans la production industrielle de bouts filtrants pour cigarettes.
On rencontre de nombreux inconvénients lorsqu'il s'agit de vulcaniser des bouts filtrants pour cigarettes en leur per- mottant de séjourner dans une chambre d'entreposage en vue d'effectuer cette vulcanisation. Néanmoins, la vulcanisation dans des conditions ambiantes est actuellement préférée dans 1'industrie parce qu'elle améliore la qualité des bouts filtrants.
L'inconvénient principal, lorsqu'on vulcanise des bouts filtrants à des températures ambiantes dans une chambre de vieillissement est qu'une période de temps appréciable est requise pour assurer uno vulcanisation pratiquement complète des fibres dans les bouts filtrants. Par exemple, des périodes de temps comprises en- tre 2 et 3 heures sont habituellement requises pour assurer une vulcanisation complète et appréciable des bouts filtrants.
De plus, comme les bouts filtrants sont dans un état en substan- ce non vulcanisé lorsqu'ils traversent l'appareil façonneur, ils doivent être traités de manière à ne pas perdre leur forme comprimée ou compressée à la sortie de l'entonnoir de resserre- ment, Dans les procédés connus, le ruban de fibres ouvertes, après son passage dans l'entonnoir de resseremennt, était gainé dans une bande de papier maintenue à demeure autour du bout
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filtrant.
Cependant, cette gaine est un élément relativement onéreux ' dans la fabrication de chaque bout filtrant si 1'on considère que les bouts filtrants doivent être fabriquas d'une manibre aussi éco- nomique que possible pour réduire autant que possible le prix de revient des cigarettes à bouts filtrants achevées,
Comme mentionné plus haut, il est possible d'accélérer la vulcanisation des bouts filtrants en les soumettant à une température élevée.
Dans les procédés connus, on a recours à deux types de dispositifs pour atteindre ces températures élevées, à savoir un dis- positif de chauffage par conduction et un dispositif de chauffage par convection; cependant, dans chaque cas, on éprouve des difficul- tés lorsqu'il s'agit d'appliquer la chaleur, dans une Mesure telle que, du point de vue industriel, ces procédés ne sont pas plus intéressants que le procédé à température ambiante.
Lorsqu'un bout filtrant est chauffé par conduction, les procédés connus suggèrent d'effectuer ce chauffage au niveau de l'entonnoir de resserrement, Dans les procédés connus, le dispositif comprenant l'entonnoir de resserrement lui-même doit être à une température élevée pen- dant que le ruban de fibres le traverse, de la chaleur étant ainsi induite par conduction dans les bouts filtrants et accélérant leur cuisson. Cependant, un tel procédé offre divers inconvénients.
Par exemple, le gradient de température dans la !nasse de fibres enchevêtrées perd do son uniformité lorsqu'on essaie d'induire de la chaleur dans la masse parce que les fibres elles-mêmes sont de mauvais conducteurs de chaleur, Cela étant, le bout filtrant est relativement chuud au niveau de sa surface externe, mais sa partie interne ne s'échauffe que relativement faiblement. La tem- pérature à laquelle le dispositif peut être porté est évidemment limitée parce que des températures extrêmement élevées, qui per- mettraient d'éviter les difficultés ducs au'gradient de température, tendent à griller la masse de fibres.
Le ohauffage à tempéra- ture relativement élevée nécessaire pour effectuer une vulcanisation
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rapide dos fibres par conduction suscitent également des diffi- cultés do manipulation dos bouts filtrants. Par exemple, les bouts filtrants doivent être refroidis avant de pouvoir subir les traitements suivants, outre le fuit quo l'appareil qui les façonne doit pouvoir résister à des températures élevées.
Lorsque les bouts filtrants sont chauffes par convec- tion, los difficultés décrites pour los procèdes do conduction apparaissent également en plus do quelques autres qui affectent défavorablement la qualité du bout filtrant achevé. Par exemple, lorsqu'on place les bouts filtrants dans un four à convection électique, ce qui est le cas de certains procèdes connus, une période d'au moins 15à 20 Minutes est nécessaire pour assurer une ' vulcanisation efficace. Un tel laps de temps ne permet pas de main- tenir la continuité de la production des bouts filtrants, immé- diatement après leur façonnage, jusque l'obtention de cigarettes bouts filtrants achevées.
De plus, les courants de convection chauds tondent à favoriser-un retrait ou une contraction des bouts filtrants lorsqu'ils sont soumis aux températures élevées.
En outre., les courants de convection tendent à favoriser un plissage de la surface externe de la gaine des bouts filtrants de sorte que ces bouta filtrants deviennent commercialement inacceptables.
La procède de fabrication des bouta filtrants perfection-. né suivant l'invention permet do vulcaniser les bouts filtrants finale. ment et complètement dès leur sortie de l'appareil façonneur de sorte qu'ils pouvent passer immédiatement, après valcanisation, à la machine à cigarettes où ils sont attachés uu corps de la ci- garette qui contient le tabac.
On tel perfectionnement du procède de fabrication des bouts filtrants est rendu possible par l'opé- ration qui consiste à soumettre les fibres à un chauffage par micro- ondes à l'un ou l'autre de deux points pendant leur traitement,à savoir (a) après le passage du ruban do fibres dans l'entonnoir de ressorrement, ou (b) après le gainage et la collage des bouts
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filtrants dans une bande depapier.
Le chauffage par micro-ondes permet de maintenir la con- tinuité du traitement des bouts filtrants à partir de l'appareil façonnour jusque la machine à cigarettes,on substance sans temps mort, De plus, le chauffage par micro-ondes produit un gradient de température sensiblement uniforme dans le bout filtrant,assu- rant ainsi une cuisson uniforme des fibres y contenues.
Une autre qualité du chauffage par micro-ondes est que le jonc filtrant no doit pas être gainé de papier à sa sortie de l'entonnoir de res- serrement, Une telle gaine peut, en effet, être supprimée en raison de la rapidité avec laquelle le jonc filtrant est vulcanisé et par suite de la dureté dos bouts filtrants et du grand nombre do jonctionsentro les fibres qui obligent un bout filtrant, maigre qu'il ,soit formé d'une masse de fibres, à conserver lu forme sensible- ment cylindrique qui lui est donnée par l'entonnoir de resserre- ment.
Cela étant, l'intention a pour but principal de procurer un procédé et un appareil pour vulcaniser des bouta filtrants pour ci- garettes qui permettent un traitement ininterrompu des bouts fil- trants depuis l'appareil façonneur jusque la macliine à ciga- rettes.
L'invention a également pour but de procurer un pro- cédé et un appareil rapides et efficaces pour produire un bout filtrant vulcanisé d'une manière qui n'affecte pas défavorablement ses caractéristiques superficielles et internes,
L'invention a encore pour but do procurer un procédé et un appareil pour vulcaniser des bouts filtrants pour cigarettes qui n'exigent pas de gainage, ce qui réduit le prix unitaire des bouts filtrants.
D'autres buts et avantages de 1$invention ressortiront claire.nent de 'la description détaillée donnée ci-arpès,à titre d'exemple,avec référence aux dessins annexés dans lesquels :
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la Fig. 1 montre schématiquement une chaîne de fabri- cation typo utile pour réaliser le procédé suivant l'invention; la Fig. 2 est un schéma synoptique illustrant les di- versos opérations existes par la mise en oeuvre du procédé préféré suivant l'invention;
la Fig. 3 est un schéma synoptique illustrant une Va- riante du procédé suivant l'invention; et les Fig. 4 et 5 montrent deux différents dispositifs de chauffage à micro-ondes que l'on peut utiliser pour façonner et vulcaniser rapidement les bouts filtrants.
Un appareil intéressant pour réaliser le procédé sui- vant l'invention est représenté à la Fig. 1 cet appareil étant normalement combine dans une machine à bouts filtrants connue. L'ap- pareil traite un ruban filtrant 11 qui provient d'une balle de ma- tière filtrante 12,, qui cet débité en continu et qui passe sur une barre de guidage 13 puis entre deux rouleaux d'alimentation 14 tournant en sens inverse.
Le ruban 11 est alors tendu par des rouleaux tondeurs 15 et est foisonné par n'importe quel dispositif approprie,, par exemple un ajutage d'air 16 qui débite de l'air transversalement à 1''avancement du ruban.
Les rouleaux 15 amènent le ruban do fibres foisonna 11à une chambre do plastification dans laquelle un plastifiant estpulvérisa en 18 sur les deux . faces du ruban par des têtes de pulvérisation 19. Le ruban 11 est ensuite amené par les rouleaux débitours 20 dans un entonnoir de resserrement 22 dans lequel le ruban do fibres foisonne 11 est resserra et' transformé en un jonc ayant la forme et le calibre des bouts filtrants pour cigarettes.
A mesure que le ruban de fibres 11 sort de 1-'entonnoir de resserrement 22, il est déposé sur une longueur ininterrompue de bande de gainage 2) ,de préféren ce en papior,que est dévidée du rouleau 24 et qui passe par- dessus la barre de guidage 25 sur la courroie transporteuse sans fin 26.
La courroie 26 entraîne le ruban filtrant 11 et la
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bande do gainai 23 à travers un dispositif do gainage et de scellement 27 où le ruban filtrant qui a la forme d'un jonc est complètement enferma par la banda de gainage 23 et est scellé dans celle-ci, Par la suite, le jonc filtrant: continu est coupé en bouts filtrants appropriés par un couteau tournant 28, les diffé- ,rente bouts filtrants 29 étant déposes sur une courroie transpor- teuse d'alimentation 30 qui relie l'appareil fabriquant les bouts filtrants à une machine à cigarettes, non représentée.
Dans la forme d'exécution préférée du procédé sui- vant l'invention, un four a micro-ondes 24 ost placé prôs de l'entonnoir de resserement 22 et entoure la zone de façon- nage de la chaîne ,de fabrication. De plus, lorsqu'on utilise le procédé préféré, le rouleau do bande de gainage 24 n'est pas né- oessaire, Dans la variante du procédé préféré. le four à micro- ondes (représenté en traits pointilliez cn 35) est placé davantage
Vers l'aval de l'entonnoir de resserrement, par exemple prèsdu 'transporteur final 30.
La forme d'exécution préférée du procédé suivant l'in- vention destiné 4 la fabrication do bouts filtrants pour cigaret- tes est représentée d'une manière synoptique sur la Fig. 2 et comprend les opérations suivantes : (a) foisonnement du ruban de fibres, (b) application d'un plastifiant, (c) formation du jonc filtrant continu, (d) vulcanisation-du jonc par micro-oncles et(e)tron connement du jonc en bouts filtrants. Conformément au procédé de . la présente invention, on commence par faire foisonner le ruban de fibres, c'est-à-dire l'ouvrir, Normaleement, dans l'industrle, lo ruban filtrant est transporté dans une balle comprimée en vue d'économiser los frais de transport.
Le ruban de fibres qui est la plus utile avec la procédé de l'invention est de préférence constitué de fibres en acétate de cellulose parce que ce type de fibre est le plus acceptable pour l'industrie des cigarettes.
Cependant, d'autres fibres peuvent également être utilisées avec l'invention, par exemple des polyeléfines etdos polyesters modifiés.
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Lorsque la ruban de fibres a été foisonna il passe par une zone d'application de plastifiant dans laquelle une certaine quantité de plastifiant est déposée sur le ruban de fibres ibisonné de manière à être convenablement applique dans la totalité du ruban.
Les plastifiants types qui sont par- ticulièrement intéressants avec des fibres en acétate de cellu- loso sont, par exemple, la triacétine, le diacétate de triéthy- lène glycol, le phtalato de dibutyle, la tripropionine et le citrate d'acéthyltriéthyle, La quantité de plastifiant appliquée doit suffire pour permettre une cuisson appropriée du bout fil- trant et on a constata que des quantités comprisen entre 4,0 et
30% sont intéressantes; cependant, une quantité comprise entre 6 et 15% est préférable.
La quantité de plastifiant dépend nor- malement de la dureté désirée des bouts filtrants, En règle géné- rale, la fermeté du bout filtrant final augmente avec la quantité de plastifiant que l'on applique sur le ruban de fibres foisonné, avant son resserrement en un jonc cylindrique final. De plus, on a constaté que le temps nécessaire pour obtenir une fermeté appro- priée du jonc filtrant diminue à mesure que la teneur en plasti- fiant augmente.
Une fois que le plastifiant a été applique sur le ruban de fibres 11, le ruban est entraîne dans l'entonnoir de resserre- ment 22 suivi d'un dispositif qui façonne le ruban en un jonc filtrant de forme et de calibre acceptables. Avant que le ruban filtrant façonné perde sa forme de jonc, on le soumet à un chauf- fage par micro-ondes servant à vulcaniser efficacement le plasti- fiant dans une mesure telle que le jonc filtrant ne perde plus sa forme façonnée même' lorsqu'il est sownis à des périodes d'entre- posage/.
Le laps de temps pendant lequel ce jonc doit être exposé aux micro-ondes dépend de la puissance fournie par le dispositif de chauffage à micro-ondes. Evidemment, la rapidité de la vulcanisation du jonc filtrant augmente avec la puissance que l'on utilise et,
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par conséquente le temps de séjour nécessaire pour 10 jonc filtrant
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dans lo four diminue. De mômù, le temps de RéJoUI' nôcosnu1ro pour le Jonc filtrant diminue à mesure que la fréquence augmente.
Par exemple, lorsqu'on utilise un four à Micro-ondes consommant 1 kilo-
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watt et travaillant a une fréquence de 2/+O mdgacyoles, le chauffage par micro-ondes permet de vulcaniser les fibres en une période compri- se entre moins de 10 secondes et 90 secondes environ, suivant la con- contration do plastifiant du ruban do fibres. De plus, il n'est plus nécessaire de faire vieillir les bouts filtrants ou de les . refroidir après les avoir soumis à des températures élevées. L'opé- ration de chauffage par micro-ondes utilise de préférence une lon- gueur d'onde ne dépassant pas environ 1 m pour produire de la cha-
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leur à Iiintericur du ruban do fibres.
Les Fig. 4 et 5 illustrent deux typos différents de dispositifs à micro-ondes qui sont particulièrement adaptes au . façonnage et au chauffage des bouts filtrants en fonctionnement continu. Sur la Fig. 4, le dispositif 36 comprend une chambre de résonance 37 dans laquelle'les signaux de micro-ondes sont introduits par un coaxial approprié 38. Une garniture adsorbante creuse 39 est placée dans la chambre de résonance 37 et sort à façonner le ruban de fibres (non représenté) à son entrée dans cotte garniture à partir de l'entonnoir 22.
Comme on peut le re- marquer, la garniture peut être fabriquée on verre ou en une au-
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tro matière identique et 10 ruban do fibres est proilX'ooB1vamont comprime et façonne en joncs filtrants à mesure qu'il avance dans le sens des fléchas dans la zone 40 qui ce rétrécit progreisivement, Le ruban de fibres est également simultanément chauffé dans la
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zone bzz par l'énorgie de micro-ondes qui p6nùtre dans cette zone par la chambre do résonance 37.
La dispositif a micro-ondes D6P do la 1"ig, 5 est sein- blable à celui que l'on vient de décrire sauf qu)uucune jurniture n'est utilisée. La cavité de résonance 37' va olle-marna on se r6.
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Poissant et se!.'!: à façonner et à chauffer le ruban de fibres de
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man1bro 6a produire les joncs filtrants désirés pondant son avunco-- ment dans le sens des fléchas dans la zone da rdsonanco 7'. lorsque le jonc filtrant a été effectivement vulcanise de maniére à conserver sa forme en pCrlU4.nenC 0, on le tronçonna en bouts filants de la longueur voulue le bout filtrant ainsi formé étant entraîna vers la machine à cigarettes,
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Il est a remarquer que, avec ion. forMa d$ex6oution prd- férde du procédé suivant l'invention, aucune gaine npeut néées- saire pour les bouts filtrants.
Ceci est dû au fait que la vulcanisation au moyen du dispositif de chauffage par micro..
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ondoD peut être offootudo on une période inférieure à 9Q secondas environ, le temps de séjour du jonc dépendant de la puissance et de la fréquence du four, de la quantité de plastifiant utilisé et du type de fibre utilisée, Le chauffage par Micro-ondes déter-
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mine une rigidité et une compacité des bouts filtrants telles qu'ils no perdent pas leur i'Orrna,, c'est-à-dire qu'ils no se dilatent pns,' , lorsqu'ils se trouventen aval de l'entonnoir de resserrement.
Une variante du procédé suivant l'invention est il- lustrée de manière synoptique à la Fig. 3 et comprend les opé-
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rations suivantes : (a)foisonnoment du ruban de fi,bros b) appli- cation du plastifiant sur le ruban foisonné,, (c) fnconnase du ruban de 1"11)1'013 on un jonc filtrante (d) guinuùe ot scellement du jonc dana une banda clo matiurc, (o) tl'Or1Qonnornont du jonc en bouts fil- trants et (f) vulc4aiiiiation deo bouts filtrants par chauffage par Micro-ondes.Dans cette variante du procédé dû'l'invention, la vulca- JÜtlilt10n des bouts filtrants s'effectue a21às que le jonc filtrant ait été cou;a,Gca;nrn4 façonné jusqu'à ses dimensions finales. Cette vulcanisa- tion peut s'effectuer n'importe où,en substance on aval de l'en- tOrtI1011' de rosserraa<3nt et de la zone de façonnage.
La Fie, z, il- lUMtro le four de chauffage par micro-ondos, représenté en traits pointillés, combiné avec le transporteur d'évacuation final 30
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pour cette forme d'exécution. Evidemment, lorsqu'on utilise cette variante du procédé, le ruban do fibres 11 doit être gainé et scella dans une bande de matière dans l'entonnoir de resserrement et dans la zone de façonnage pour assurer que le jonc formé conserve sa forme cylindrique jusque ce qu'il soit soumis au chauffage par micro-ondes,
Ainsi, si l'on utilise un chauffage par micro-ondes,
les bouts filtrants sont vulcanises rapidement et uniformément par suite des vitesses élevées de transmission de la chaleur et de l'absence de gradient de température appréciable en travers du jonc. Ceci permet de monter directement les bouts filtrants dans les cigarettes à bouts filtrants achevées.
L'invention estillustrée davantage au moyen de l'exemple suivant qui n'est donné qu'à titre d'exemple non limitatif.
EXEMPLE. -
On fait foisonner un ruban do fibres en acétate de cellulose et on y applique un plastifiant que l'on pulvériseà cet effet sur le ruban de fibres ouvertes. Le plastifiant est de la tracétine et est appliqué à raison de 9 à 10% en poids. Le ruban plastifié est ;façonné au. moyen d'un entonnoir et d'une garniture de resser- rement en un jonc fibreux qui est gainé d'une bandu de papier ,servant à maintenir la forme choisie.
Le jonc est ensuite tron- çonné en de nombreux bouts filtrants qui sont vulcanises par chauffage dans un four à micro-ondes du type fabriqua par la Société Raytheon Co. qui travaille à une fréquence de 2450 méga- cycles pour une consommation de 1 kilowatt. Le chauffage par mi- cro-ondes est poursuivi pendant une période de 15 secondes,
La fermeté des bouts filtrants vulcanisas par micro-ondes est équivalente à celle de bouts filtrants témoins soumis à une vulcanisation à.
l'air à température ambiante pendant 2 heures,
Bien entondu, l'invention n'est on aucune manière li- mitée aux détails d'exécution décrits,auxquels divers changements
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et modifications peuvent être apportés sans sortir de son cadre.