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Procédé de traitement d'une feuille thermoplastique en polymère fortement cristallin et nouvelle feuille traitée-
La présente invention est relative à un procédé per- mettant d'obtenir des produits polymères ayant des propriétés physi- ques supérieures et aux produits polymères préparés par ce procédé.
Plus précisément, l'invention concerne un procédé d' btention d'une feuille en matière polymère cristalline ayant une résistance accrue au louchissement et aux objets fabriqués avec ces produits résis- tant au louchissement.
On a observé que les feuilles relativement épaisses, ayant plus de 250 p d'épaisseur environ, fabriquées en polymères cristallins présentent un aspect superficiel indési- rable après déformation plastique à des températures infé- rieures à leur point de ramollissement. Par exemple, la surface
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de certaine* feuilles en polyallomères est sérisusement altérée par l'aspect louche de certaines parties après flexion ou étirage contre un angle vif.
Le méconium de ce phénomène est imparfaitement connu : il semble qu'il se produise dans la feuille une séparation en une phase très cristalline et une phase amorphe cas phases réfractant différem- ment la lumière, les zones ainsi affectées deviennent leuches, opalescentes. il existe de nombreuses utilisations de fouilles polymères qu'on courbe volontairement ou accidentellement. Par exemple, on @ trouvé que des fouilles de polyallomères cristallins formeraient d'excellentes cou- vertures de livres si on supprimait ce phénomène. Il est donc manifeste que l'invention d'un produit polymère cristallin qui ne présenterait pas de louche après flexion ou étirage contre un angle vif représenterait un progrès notable de la technique.
Un autre progrès important serait de pouvoir traiter des feuilles en matériau cristallin de manière qu'elles supportent une flexion ou un étirage contre un angle vif sans louche local.
Ou a trouvé, suivant l'invention qu'on peut traiter les feuilles de polymère cristallin de manière à réduire très notablement le louchisse- ment. Le procédé utilisé comprend (a) l'utilisation d'un abaissement rapide de température donnant à cette température une valeur inférieure à une valeur critique ou (b) la réduction de l'épaisseur de la feuille de manière à réduire l'épaisseur de la feuille pour que sa structure cristalline soit suffisamment modifiée pour que le produit présente la résistance voulue au louchissement.
L'invention a donc essentiellement pour objet un procédé modifiant les propriétés superficielles d'une feuille polymère pour supprimer ou au moins réduire considérablement le louchissement, sans modifier considéra- blement le procédé habituel de fabrication par extrusion.
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Elle a également pour objet, titre de produit: industriel nouveau, uns feuille en matière polymère cristalline résistant au @@uchssement.
Au dessin annexé : la Fil. 1 est une vue- schématique d'une installation usuelle de fabrication d'une fouille : la Fil. la illustre une partie d'un appareil servant à réduire l'épaisseur d'uae leuill- erin de diminuer la tendance au louchissement ; et . la Fig.2 est anelcgue à LA Fig. 1, maia concerne une installation modifiée auivant l'invention puur fabriquer des feuilles résistant au louchissement par pliure ou étirage contre un angle vif.
Dans les procédé* usuels d'extrusion de feuilles en matière polymère, on extrude une feuille polymère cristalline, puis on traite la feuille formée par pressage entre deux rouleaux chauffés de calandrage, présentant souvent des finis superficiels différents. On enroule ensuite la feuille autour d'un troisième rouleau lisse et on laisse refroidir cette feuille à l'air, ce qui termine la fabrication. Le refroidissement est einsi relativement lent, si bien que des cristallites relativement gros se forment à la surface de la feuille qui devient blanche, louche, opalescente après déformation.
Ce phénomène est particulier aux feuilles de polymère cris- tailin ayant des épaisseurs au moins voisines de 250 et ne se produit pas pour les feuilles ayant moins de 250p, fabriquées avec la même matière.
C'est pourquoi l'invention est limitée aux feuilles ayant une épaisseur au moins voisine de 250p, ayant habituellement une épaisseur au moins égale à 625p et pouvant atteindre ou même dépasser 6,25 mm.
Un procédé usuel de fabrication continue d'une feuille à partir d'une matière polymère cristalline est représenté schématiquement à la Fig. 1.
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Suivant ce procédé, on extrude par fusion un polymère cristallin tel que, par exemple une composition contenant essentiellement du propylène et environ 25/100, en masse, d'éthylène polymérisés, à température de l'ordre de 205 C, au moyen d'une machine 10 (Fig. 1) d'extrusion, puis on la fait passer en 12 entre deux rouleaux 14, 16 de calandrage. On maintient avan- tageusement la température de ces rouleaux bien en dessous de 120 C si bien que le polymère fondu fonae une feuille quand il quitte la zone 12. L'idéal serait que la température des rouleaux 14,16 de calandrage soit maintenue juste au-dessus du point où la feuille 18 commence à boucler par excès de refroidissement. Ce phénomène se produit à température dépendant du polymère traité : habituellement, on le constate à température voisine de 38 C ou à température plus basse.
La feuille 18 après avoir quitté la zone 12, est lentement refroidie à l'air jusqu'à température inférieure au point de ramollissement. Une feuille ainsi fabriquée est sujette au louchissement décrit précédemment.
Pour réduire ce phénomèon, on fait passer ensuite la feuille, à la température ambiante, entre deux rouleaux 20,22 (Fig. le) de calandrage en la maintenant à température inférieure au point de ramollissement du polymère dont elle est formée. Le calandra.. dans ces conditions est habituellement connu sous le nom de "celandrage à froid". En passent entre les rouleaux 20,22, la feuille subit une réduction d'épaisseur, comme il sera précisé plus loin.
La température à laquelle on réduit l'épaisseur de la feuille peut varier suivent le point de remeilissement du matériau polymère normalement cristallin qu'on a utilité pour fabetquer la feuille. Habituellement, on opère avantageussement à la température ¯tante pour réduire l'épaisseur de la feuille, -la on peut opétir à température plus élevée, à condition que cette température soit inférisore su point de fusion du matérise polymère
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choisi.
Il est donc évident que le procédé suivant l'invention d'amélio- ration de la résistance au louchissement de matériaux polymères normalement cristallins peut facilement être adapté à une fabrication de feuilles par l'extrusion usuelle. Par exemple, après sa fabrication par extrusion, puis calandrage et ensuite refroidissement à l'air en dessous de son point de ramollissement, la feuille de matériau polymère normalement cristallin peut être envoyée directement entre des rouleaux de calandrage à froid (c'est-à-dire entre des rouleaux maintenus à température inférieure à celle du ramollissement de la feuille polymère) où elle est laminée pour diminuer d'épaisseur, suivant l'invention.
La réduction d'épaisseur supprimant le louchissement ou au moins accroissant la résistance à ce phénomène varie en fonction du matériau polymère particulier utilisé et doit généralement être au moins égale à
10/100 ; souvent elle atteint 30/100, voire plus. Dans la plupart des cas, une réduction d'épaisseur de 15/100 suffit pour obtenir le résultat voulu.
Suivant une variante de l'invention, on améliore la résistance au louchissement de feuilles d'un polymère organique normalement cristallin contenant une petite proportion de polymère amorphe en calandrant une feuille du dit polymère normalement cristallin, en fondant superficielle- ment les couches superficielle* de la feuille, puis en trempant rapidement la feuille calàndrée.
Par fusion superficielle, on entend ici Il.1 chaufrage des face* de la feuille tel que les températures superficielles dépassent le point de ramollissement du polymère cristallin choisi. La chauffage nécessaire à cette fusion superficielle peut être obtenu soit pendant, soit après le calandrage de la feuille de matière polymère. On peut chauffer les rouleaux
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de calandrage à température supérieure au point de ramollissement de la feuille polymère, en utilisant un procédé usuel de chauffage. Suivant une variante, on peut appliquer le chauffage dans une opération suivant l'extru- sion, c'est-à-dire après que la touille polymère ait été fabriquée de la manière usuelle, qui comprend le calandrage.
Suivant cette variante, on réchauffe la feuille polymère calanlrée froide par des radiateurs infra- rouge pour produire la fusion superficielle, puis on la trempe rapidement.
Il doit être entendu que l'invention prévoit l'utilisation de toutes les sources de chaleur pour chauffer la feuille jusqu'à fusion superficielle.
Ainsi, bien qu'il ne soit strictement nécessaire de chauffnr que les couches superficielles de la feuille polymère, il doit être compris que ce chauf- fage peut avoir une intensité suffisante pour fondre plus que les couches tout-à-fait superficielles.
Pour faire la trempe rapide qui est une des opérations du procédé suivant l'invention, on introduit la feuille ayant des surfaces fondues dans un milieu qui la refroidit rapidement à la température ordinaire ou en dessous de cette température. Le milieu de trempe le plus avantageux est un bain de liquide. tel qu'un bain d'eau , maintenu à la température ambiante ou refroidi.
Panai les diverses variantes prévues dans l'invention, le procède qui consiste à tremper après caiandrage à chaud, de maniera à produire une fusion superficielle suivie d'un refroidissement rapide, est préférable parce qu'il ; présenta une plus grand* souplesse et demande le moins d'in- vestisements. Par exemple, ce procésé de calsodrage suivi da tremps peut commodément être utilise sur une chat de fabrication par extrusion
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simplement en équipant les rouleaux de calandrage d'un dispositif de réglage de chauffage et en disposant, un poste de trempe dans la chaîne de fabrication, comme le montre la Fig. 2.
Cette Fig. 2 représente schématiquement la chaîne de fabrication d'une feuille suivant ce mode de mise en oeuvre de l'invention, par calan- drage, puis trempe. Un polymère cristallin est extrudé par la machine 22 d'extrusion et la masse extrudée pénètre en 24 entre deux rouleaux 28,30 de calandrage et quitte ces rouleaux sous forme de feuille 26. Un dispositif de chauffage, non représenté, porte deux petits rouleaux 32,34 à tempé- rature réglée, suffisement élevée pour que la température superficielle do la feuille 26 atteigne le point de ramollissement du polymère cristallin.
La feuille 26, après avoir quitté ces rouleaux 32,34 est donc fondue
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aupertieiellement sur son dux faces et passe ensuite dans un bain 32 d'eau froide (10 C). Après la trempe, la feuille est enroulée à un poste 38 d'enroulement ou utilisée immédiatement.
Les matériaux polymères utilisables dans la mise en oeuvre de l'in- veation sont les polymères norr 'ement cristallins qui, une fois solidifiés, contiennent une certaine proportion, très généralement inférieure à 60/100 et la plue souvent inférieure à 20/100, en masse, de polymère amorphe.
Comme exemples de tala polymères, on peut citer notamment les polymères de
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tcae t-elettaea ayant ds deux à dix atomes de carbone, tels que le poly- 6tltlèws, te polyprop,lène, les polyallomères, etc.
Les exemples suivants illustrent l'invention.
EXEMPLES 1 à 15. -
Les metériaux étudiée sont divers échantillons de feuilles froides
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(tlasti-lire 11 Ewillea ayant la température ambiante) d'un polyallcmare ayawt - ""1&' ....- par la méthode normalisé* A.S.T.H. D1505) de 0,"', - l8IIf.o8 .'4c..l¯t: (mourd par la méthode normalisé* A.S.T.H.
DU¯) .. 2 . pos dia xtioMtf <t un point de r8801Uss...nt (nteauré selon
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Vicat : norme A.S.T.H. D1525) de 130 C. Ces matériaux sont laminés entre deux rouleaux pour subir une réduction d'épaisseur. Le* rouleaux sont en acier : leur longueur est de 20 cm et leur diamètre est de 10 cm. On utilise deux températures différentes pour le laminage, à savoir 72 C et 45 C. Les conditions de laminage sont consignées au tableau ci-après.
Chaque feuille terminér présente une face gaufrée et une face mate.
Après la réduction d'épaisseur par laminage, chaque feuille est soumise à un pliage :on courbe la feuille à 1800 et on écrase la courbure.
Cet essai est fait dans les deux sens, face gaufrée ou face mate à l'exté- rieur. On fait aussi l'essai supplémentaire suivant on presse chaque feuille contre un anneau de carnet. Les résultats sont consignés au tableau ci-après. Les résultats obtenus montrent qu'une réduction suffi- sante de l'épaisseur d'une feuille en polymère normalement cristallin à température soigneusement réglée améliore la résistance au louchissement.
EXEMPLE 16. -
On chauffe une feuille de polyallomère ayant les propriétés des feuilles étudiées aux exemples précédents et fabriquée par extrusion puis passage entre deux rouleaux de calandrage, par passage sous un banc de puissants radiateurs infrarouge en quartz, jusqu'à fusion superficielle, puis on la trempe rapidement dans de l'eau à 10 C. On soumet cette touille aux essais des exemples précédents et on constate qu'elle résiste parfai- tement au louchissement.
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EXEMPLE 17.- allo
On extrude une feuille de polymère ayant les propriétés physiques indiquées aux exemples 1 à 15 entre deux rouleaux de calandrage, puis on la fait passer entre deux rouleaux chaufféa de calandrage puur maintenir fondue la surface de la feuille. On fait ensuite passer cetti feuille dans un bain d'eau à 10 C. Après refroidissement, on soumet la feuille aux essais décrits aux exemples 1 à 15. On constate qu'elle résiste parfaite- ment au louchissement.
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TABLEAU
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<tb> Exemples <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 7 <SEP> 8 <SEP> 9 <SEP> 10 <SEP> 11 <SEP> 12
<tb> Epaisseur <SEP> initiale <SEP> (en <SEP> mm) <SEP> 0,9 <SEP> 1,4 <SEP> 1,3 <SEP> 1,4 <SEP> 1,4 <SEP> 1,3 <SEP> 1,3 <SEP> 1,3 <SEP> 0,9 <SEP> 0,9 <SEP> 0,9 <SEP> 0,9 <SEP> 1,4 <SEP> 1,4 <SEP> 1,4
<tb> Epaisseur <SEP> finale <SEP> ( <SEP> en <SEP> mm) <SEP> 0,7 <SEP> * <SEP> 1,2 <SEP> 1,0 <SEP> * <SEP> 1,3 <SEP> 1,2 <SEP> 1,2 <SEP> * <SEP> 0,8 <SEP> 0,8 <SEP> 0,7 <SEP> 1,4 <SEP> 1,2 <SEP> 0,6
<tb> Vitesse <SEP> de <SEP> passage <SEP> (en <SEP> m/mn) <SEP> 3,0 <SEP> - <SEP> 3,0 <SEP> 3,0 <SEP> - <SEP> 3,0 <SEP> 3,0 <SEP> 3,0 <SEP> - <SEP> 3,0 <SEP> 3,0 <SEP> 3,0 <SEP> 3,0 <SEP> 5,7 <SEP> 3,0
<tb> Distance <SEP> entre <SEP> les <SEP> cylindres <SEP> (en <SEP> mm) <SEP> 0,38 <SEP> - <SEP> 0,76 <SEP> 0,51 <SEP> - <SEP> 1,
3 <SEP> 0,76 <SEP> 0,51 <SEP> - <SEP> 0,51 <SEP> 0,38 <SEP> 0,25 <SEP> 1,0 <SEP> 0,76 <SEP> 0,25
<tb> Charges <SEP> (en <SEP> tonnes) <SEP> 15- <SEP> 17 <SEP> 22- <SEP> - <SEP> 12 <SEP> 18 <SEP> - <SEP> 9 <SEP> ; <SEP> 13 <SEP> 22- <SEP> 16 <SEP> 21
<tb> Température <SEP> des <SEP> cylindres <SEP> ( C)
<SEP> 72 <SEP> - <SEP> 72 <SEP> 72 <SEP> - <SEP> 72 <SEP> 72 <SEP> 72 <SEP> - <SEP> 72 <SEP> 72 <SEP> 72 <SEP> 45 <SEP> 45 <SEP> 45
<tb>
<tb> Louchissement*
<tb> Pliage <SEP> de <SEP> la <SEP> face <SEP> mate
<tb> F <SEP> F-P <SEP> F <SEP> N <SEP> F <SEP> F <SEP> N <SEP> N <SEP> P <SEP> F <SEP> N <SEP> N <SEP> F <SEP> N <SEP> F
<tb> Essai <SEP> sur <SEP> dos <SEP> de <SEP> carnet <SEP> N <SEP> S <SEP> N <SEP> N <SEP> P <SEP> T <SEP> G <SEP> N <SEP> P <SEP> F <SEP> N <SEP> N <SEP> P <SEP> F <SEP> N
<tb> Pliage <SEP> de <SEP> la <SEP> face <SEP> gaufrée <SEP> F <SEP> P <SEP> N <SEP> N <SEP> P <SEP> P <SEP> G <SEP> N <SEP> P <SEP> P <SEP> N <SEP> N <SEP> P <SEP> N <SEP> N
<tb>
@ * Légende :
N - aucun louchissement S - très faible louchissement G - louchissement acceptable F - louchissement inacceptable P - louchissement pour courbure de moins de 180 (inacceptable) * - essai témoin