Courroie de polymère thermoplastique moléculairement orientée et
son procédé d'obtention.
L'invention concerne une courroie plastique moléculairement orientée, possédant des propriétés physiques améliorées, telles qu'une résistance élevée à la traction et une bonne résistance au fendillement longitudinal, une rigidité longitudinale satisfaisante et une abrasion superficielle réduite.L'invention concerne en outre un procédé et un appareil pour fabriquer une telle courroie.
Dans la fabrication classique d'une courroie plastique, utilisable pour le serrage des emballages et autres, un produit fondu d'un polymère thermoplastique moléculairement orientable tel que par exemple le polypropylène, le nylon ou un polyester, et qui est constitué en grande partie d'un tel matériau, est extrudé sous forme d'un ruban (ou bande) continu qu'on refroidit ensuite pour obtenir une structure formée en continu. Cette structure est alors étirée longitudinalement ou laminée par compression pour fournir une courroie dans laquelle les molécules sont orientées de façon à conférer à la courroie une résistance à la traction et une résistance au glissement améliorées.et d'autres caractéristiques
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Une orientation moléculaire longitudinale est présente dans une courroie laminée par compression et orientée par étirage, et prédomine de façon plus importante dans le second cas, en se manifestant souvent elle-même par la tendance de la courroie à se fendiller longitudinalement ou à fibriller lorsqu'elle est soumise à des tensions transversales. On observe une fibrillation prononcée lorsque la courroie est coupée sous tension et elle peut provoquer des ennuis lors de l'attache et/ou de l'alimentation et/ou peut empêcher le scellage ou la fixation de la courroie pendant son application.sur les emballages.
On trouve de nombreuses propositions pour minimiser le fendillement longitudinal d'une courroie plastique orientée moléculairement. Par exemple, un procédé satisfaisant consiste à utiliser une structure profilée initialement formée, contenant des particules
de substance inorganique telle que du carbonate de calcium, ces particules servant à interrompre l'orientation longitudinale des molécules de polymère lorsque cette structure est ensuite laminée par' compression ou allongée par étirage. Naturellement, il est impossible de régler la distribution des particules et il peut en résulter une certaine diminution des caractéristiques physiques de la <EMI ID=2.1>
la facilité de fabrication de la courroie, en particulier si la proportion de particules inorganiques incorporées est élevée.
Une courroie non-cassante dans sa direction transversale est décrite dans les brevets US 3.066.366 et 3.104.937; elle est formée par l'obtention d'une structure profilée polymère thermoplastique extrudée avec des parties épaisses et minces alternées, s'étendant longitudinalement, suivie d'un étirage longitudinal de cette structure. Pendant l'étirage, les molécules de polymère le long des parties épaisses de cette structure seraient orientées uniaxialement alors que celles le long des parties minces seraient orientées dans des directions biaxiales. Il est difficile de régler le profilage de la structure extrudée, ainsi que son allongement longitudinal, en particulier à des vitesses de production élevées.
Le laminage par compression des structures profilées extrudées induit une certaine orientation moléculaire biaxiale, mais la résistance à la traction est alors -réduite en conséquence. Dans le brevet US 3.394.045, le laminage par compression d'une feuille de polypropylène extrudé est suivi d'un étirage longitudinal, apparemment pour conférer les propriétés de résistance à la traction désirées, puis d'un chauffage rapide de ses surfaces pour les fondre jusqu'à une profondeur de 25,4 à 76,2 microns. Comme le chauffage.rapide a pour but d'éliminer l'orientation moléculaire de ces parties de la feuille, la tendance de la feuille à se fendiller longitudinalement peut être réduite, mais aux dépens de la résistance à la traction et peut-être d'autres propriétés physiques.
Une courroie résistant au fendillement longitudinal peut être formée en estampant une courroie qui a été totalement orientée uniaxialement, l'estampage (ou gaufrage) servant à conférer une orientation biaxiale aux parties superficielles de la courroie. Cette technique semble impliquer une certaine perte de la résistance à la traction de la courroie et diminue certainement sa rigidité longitudinale.
Conformément au procédé et à l'appareil selon l'invention,
on obtient une bande formée d'un polymère thermoplastique essentiellement non-.orienté, dont la section transversale a une configuration ondulée et une épaisseur généralement uniforme, au moins <EMI ID=3.1>
deux parties de cette bande étant comprimées, c'est-à-dire déployées dans la direction de la largeur de la bande, de façon à . orienter les molécules de polymère dans la direction transversale.de la bande, après quoi on étire la bande pour orienter également les molécules de polymère, principalement dans la direction longitudinale de la bande. Pendant l'une, et de préférence pendant les deux orientations transversale et longitudinale des molécules de polymère, la bande est maintenue à une température comprise dans la gamme de températures d'orientation du polymère thermoplastique particulier utilisé.
Le terme "configuration ondulée" utilisé pour décrire la section transversale de la courroie pendant et après sa fabrication, désigne un contour défini par des surfaces sinueuses, exposées, opposées, dont chacune d'elles comprend plusieurs crêtes et creux disposés alternativement. Ces surfaces sinueuses correspondent ou s'emboîtent l'une dans l'autre, c'est-à-dire que les crêtes d'une des surfaces sont opposées aux creux de l'autre surface, et sont de préférence espacées l'une de l'autre de façon à définir une épaisseur qui, à l'oeil nu, est généralement uniforme sur pratiquement toute la largeur de la bande ou de la courroie. C'est ainsi que"l'épaisseur de la courroie", correspond à la dimension mesurée le long d 'une ligne perpendiculaire aux surfaces sinueuses.
Il est souhaitable que ces creux et ces crêtes soient sous la forme de surfaces unies, c'est-à-dire sans pointes, et que les crêtes le long des surfaces sinueuses respectives soient de préférence,mais pas nécessairement, d'une fréquence et d'une amplitude pratiquement semblables.
Le terme "bande" utilisé ici désigne un ruban, une nappe, une bande, une feuille ou toute autre structure formée analogue, continue, dont la largeur est bien supérieure à l'épaisseur. Toute référence à. une telle bande formée de "polymère thermoplastique essentiellement non-orienté" concerne un matériau thermoplastique orientable dont le degré d'orientation des molécules de polymère est inférieur à celui qui est nécessaire pour rendre une telle bande utilisable comme courroie dans des applications de fixation ou d'emballage. Par exemple, le formage d'une bande par extrusion d'un courant fondu d'un matériau thermoplastique orientable à travers un orifice profilé et dans un bain de refroidissement, peut provo-quer une certaine orientation des molécules de polymère, et cependant une telle bande à ce stade ne peut pas être utilisée comme courroie.
Dès qu'une bande est moléculairement orientée par le procédé selon l'invention de telle sorte qu'elle est utilisable pour des applications de fixation ou d'emballage, elle est appelée ici une "courroie". Les polymères thermoplastiques constituent au moins la majeure partie de la courroie selon l'invention, ces polymères comprenant par exemple le polypropylène, le nylon et le polyester.
La "gamme de températures d'orientation" d'un polymère thermoplastique est la gamme de températures entre lesquelles il est relativement facile d'obtenir l'orientation des molécules de ce polymère thermoplastique. Cette gamme de températures s'étend de
la température de transition de phase de second ordre du polymère thermoplastique orientable, jusqu'à une température inférieure à celle à laquelle la relaxation de l'effet d'orientation par étirage a lieu si rapidement que la bande étirée ne conserve aucune orientation lorsque l'étirage cesse et même jusqu'à une température légèrement supérieure à cette gamme. La gamme de températures d'orientation spécifique varie naturellement avec les différents polymères et peut être déterminée par expérimentation ou à partir
de la technique antérieure, tel que par exemple dans le brevet
US 3.141.912..
Pour simplifier une comparaison de la courroie selon l'invention avec une courroie plate classique et/ou une courroie à surface unie et estampée, on utilise le "grammage" qui est le poids d'une courroie particulière en grammespar 30,48 cm de longueur de courroie.
Lesprocédé et appareil selon l'invention fournissent une
bande profilée de polymère thermoplastique essentiellement non orientée, ayant une section transversale de configuration ondulée
et généralement d'épaisseur uniforme, par extrusion du polymère à l'état fondu à travers un orifice de même profil et par refroidissement du polymère avec une déformation certainement négligeable. Alternativement, on peut reprofiler une bande de section rectangulaire, par exemple, en une configuration ondulée en ramollissant la bande à la chaleur et en la tendant sur une surface ondulée. Dans les bandes ondulées qui sont obtenues selon ces procé-dés, l'orientation des molécules de polymère est généralement négligeable. C'est ainsi que ces bandes sont alors comprimées, entre des cylindres dont les surfaces correspondent aux ondulations de la bande, afin de les étirer latéralement et de conférer à ces bandes une orientation moléculaire transversale, puis elles sont étirées afin d'obtenir une orientation longitudinale désirée des molécules de polymère.
De préférence, tel que décrit en détail ci-après, la bande
de polymère thermoplastique est formée avec une section rectangulaire pratiquement plane qui simplifie les opérations d'extrusion et de refroidissement. La bande est alors comprimée entre une paire de cylindres de gaufrage (ou d'ondulation) agissant en commun, qui reforment et étendent la bande latéralement; le reformage.de la section transversale de cette bande en une configuration ondulée et l'orientation transversale des molécules de polymère de cette bande ont lieu simultanément. Cette bande alors ondulée longitudinalement.est étirée en longueur pour orienter les molécules de polymère principalement dans la direction longitudinale de la bande. De préférence, la bande est à une température comprise dans sa gamme de températures d'orientationpendant la compression et l'allongement pour faciliter l'orientation moléculaire, ainsi que son reformage.
De façon désirable, mais non nécessaire, les opérations successives du procédé selon l'invention sont effectuées avec un passage continu de la bande à partir d'un bain dans lequel un ruban extrudé, profilé de polymère thermoplastique fondu est refroidi afin de produire une telle bande, jusqu'au poste où la bande finie est recueillie. Dans ce cas,le pincement de la bande par la paire de cylindres de gaufrage (ou d'ondulation) agissant en commun permet à la bande d'être allongée par une paire de cylindres d'étirage immédiatement après le reformage de la bande et son orientation moléculaire transversale. Ces cylindres d'étirage sont situés à une distance minimale des cylindres de gaufrage (ou d'ondulation) telle que l'étirage longitudinal de la bande puisse atteindre facilement le rapport d'étirage désiré.
Pendant l'étirage, la bande se rétrécit notablement dans sa direction transversale, c'est-à-dire que sa largeur diminue. Un moyen de minimiser ou de régler ce rétrécissement latéral de la <EMI ID=4.1>
bande ondulée consiste à utiliser au moins un cylindre de réglage de la largeur entre les paires de cylindres de gaufrage et d'étirage. Un tel cylindre de réglage latéral ou de largeur de la bande a une surface périphérique qui correspond à celle des cylindres de gaufrage et s'engage sur un côté de la bande ondulée. Ce cylindre de réglage de la largeur n'est commandé que par l'avancement de la bande et n'exerce aucun effet de pincement,de telle sorte que l'étirage longitudinal de la bande ondulée a lieu le long de sa portée entre les cylindres de gaufrage et les cylindres d'étirage .
Comme on l'a mentionné ci-dessus, dans la mise en oeuvre préférée du procédé selon l'invention, les molécules de polymère de la bande, avant son reformage en une configuration ondulée, sont essentiellement non orientées, c'est-à-dire que le degré d'orientation des molécules de polymère est inférieur à celui nécessaire pour rendre la bande utilisable comme courroie dans les applications de fixation ou d'emballage. Il entre donc dans le cadre de l'invention de conférer une certaine orientation aux molécules de polymère, par laminage-compression, avant de donner à la bande une configuration ondulée.
Conformément à la définition donnée, cette bande est considérée comme essentiellement non-orientée, et pendant le passage ultérieur entre les cylindres de gaufrage, les molécules de polymère dans la bande sont orientées transversalement en même temps que la section transversale de la bande est reformée
en une configuration ondulée.
Une inversion des opérations d'orientation du procédé selon l'invention, c'est-à-dire un étirage de la bande, pour orienter longitudinalement les molécules de polymère, suivie d'une orientation transversale-des molécules de polymère de cette bande étirée pendant le gaufrage, ne donne absolument pas satisfaction. Avec
ce procédé, la bande longitudinalement orientée se fendille simplement dans le sens de la longueur pendant le gaufrage (ou l'ondulation) d'où une perte complète des bénéfices découlant du procédé selon l'invention. C'est ainsi que,dans la mise en oeuvre
du procédé selon l'invention, on doit chercher à minimiser l'orientation moléculaire longitudinale de la bande avant son gaufrage afin d'éviter le fendillement de la bande.
Dans l'appareil selon l'invention, les axes des cylindres de <EMI ID=5.1>
qui est pratiquement perpendiculaire à la trajectoire de la bande lorsqu'elle passe entre eux, de sorte que les deux cylindres agissent simultanément contre les côtés opposés de la bande. Chacun
de ces cylindres comporte des projections circonférentielles espacées longitudinalement sur ces cylindres, les projections des cylindres respectifs et les surfaces entre ces projections définissant ensemble une surface unie et continue qui apparaît sinueuse, lorsqu'on la regarde dans une section longitudinale à travers ces cylindres. Ces surfaces sinueuses comportent chacune des crêtes et des creux, les crêtes le long de.l'une des surfaces d'un cylindre correspondant aux creux le long de la surface de l'autre cylindre.L'espace entre ces surfaces sinueuses est de préférence uniforme sur toute les longueurs des cylindres et, de préférence, les crêtes le long des surfaces des cylindres respectifs ont les mêmes fréquence et amplitude.
Il est évident que plus la fréquence des crêtes le long des surfaces sinueuses respectives des cylindres de gaufrage est élevée,plus le nombre d'ondulations longitudinales formées dans la bande de polymère thermoplastique est'élevé et plus les surfaces spécifiques de la bande sont importantes. En conséquence, lorsque le degré de compression de la bande reste constant, plus le nombre d'ondulations formées le long de la largeur de la bande est. élevé, plus l'orientation transversale des molécules de polymère de la bande est grande, et ceci permet de fournir le degré d'orientation moléculaire transversale désiré en faisant varier le nombre d'ondulations qui sont 'formées dans la bande et/ou la pression appliquée sur la bande pendant son gaufrage (ou ondulation).
Les cylindres de gaufrage ont 10 ondulations par 2,54 cm de longueur,et on a trouvé qu'une profondeur de 0,254 cm est satisfaisante pour produire des bandes ayant une largeur de 0,9525 cm.
L'un des cylindres de gaufrage est à commande desmodromique, et,de préférence, les deux cylindres tournent selon un mouvement desmodromique,de telle sorte que leurs surfaces périphériques ont la même vitesse. Au moins un des cylindres de gaufrage est également ajustable de façon que l'espace entre les surfaces périphériques des cylindres puissent être modifié uniformément. Naturellement, plus l'espacement entre les surfaces périphériques des cy-lindres concernant l'épaisseur de la bande de matériau thermoplastique à reformer est faible, plus la compression est élevée, de même que l'expansion latérale à laquelle la bande est soumise.
Le mécanisme par lequel les molécules de polymère sont orientées transversalement dans la bande pendant sa compression n'a pas été établi; cependant,une telle détermination n'est pas nécessaire pour bien comprendre la présente invention et apprécier les bénéfices et avantages résultant de cette invention. Il est possible que cette orientation moléculaire transversale soit due simplement aux forces de compression appliquées à la bande, ou qu'elle soit le résultat des forces d'étirage latérales qui peuvent se développer lorsque les crêtes des surfaces sinueuses des cylindres respectifs forcent la bande dans les creux de la surface sinueuse
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ces. C'est ainsi que, bien que n'ayant pas défini le mécanisme par lequel on obtient une orientation transversale, conformément au mode de mise en oeuvre préféré de l'invention, la compression et l'expansion en largeur de la bande de polymère thermoplastique par les cylindres de gaufragé pour produire la section transversale de la bande avec une configuration ondulée permettent également d'obtenir l'orientation transversale désirée des molécules de polymère. :
On peut utiliser un ou plusieurs cylindres de réglage de largeur de la bande, chacun ayant son axe parallèle à ceux des cylindres de gaufrage (ou d'ondulation). Un tel cylindre de réglage a une surface périphérique correspondant aux cylindres de gaufrage et est disposé de telle sorte que les crêtes le long de la surface de ce cylindre de réglage de la largeur pénètrent dans, et s'adaptent essentiellement aux ondulations longitudinales de la bande après son reformage par les cylindres de gaufrage. Etant
un cylindre libre, ce cylindre de réglage de la largeur est commandé par l'avancement de la bande par rapport à lui.
L'allongement de la bande ondulée sous l'influence des cylindres d'étirage, et par conséquent la tendance de cette bande
à se rétrécir, est plus prononcée lorsque la bande quitte les cy-
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largeur, ou une série de ces cylindres, est disposée contre les cylindres de gaufrage de façon à réduire au minimum, s'il y a lieu, le rétricissement de la bande qui se produit lorsque la bande quitte les cylindres de gaufrage et se dirige vers le cylindre ou les cylindres de contrôle de la largeur. Bien qu'un cylindre de réglage de la largeur n'empêche pas l'étirage longitudinal de la bande ondulée, qui se produit le long de sa portée entre les cylindres de gaufrage et d'étirage, il en résulte une certaine contrainte latérale sur la bande le long de la surface sur laquelle l'allongement de la bande et le plus prononcé.
Les cylindres d'étirage sont, de préférence, d'une construction classique, avec des surfaces périphériques lisses, et au moins un de ces cylindres étant à commande desmodromique pour produire un allongement longitudinal de la bande selon un rapport d'étirage désiré.
Dans la courroie ondulée selon l'invention, l'orientation longitudinale prédominante des molécules de polymère donne à cette courroie une résistance à la traction élevée. Cependant, la présence d'une orientation moléculaire transversale confère à cette courroie une résistance significative au fendillement longitudinal ou à la fibrillation.
De façon significative, cette résistance à la fibrillation n'est pas acquise aux dépens de la résistance à la traction, c'est-à-dire que la courroie selon l'invention montre à la fois une résistance à la traction et une résistance au fendillement longitudinal plus élevées qu'une courroie classique plate ou à surface lisse qui a été formée à partir d'une bande de grammage semblable et qui a été étirée selon le même rapport d'étirage, de même qu'une courroie semblable qui a été volontairement estampée afin d'éviter un fendillement longitudinal.
La configuration ondulée elle-même permet de produire cette courroie avec de nombreuses caractéristiques désirables. Spécifiquement, la présence d'ondulations longitudinales rend la courroie selon l'invention beaucoup plus rigide qu'une courroie classique
à surface .lisse ou estampée de même grammage et rend donc plus facile et plus fiable l'alimentation par avancement longitudinal de la courroie par exemple le long du bâti d'une machine automatique à sangler. Dans la mesure où seules des superficies très limi"tées et continues des surfaces de la courroie ondulée sont exposées au frottement et à l'abrasion pendant l'application de la courroie, le transport d'une telle courroie ondulée est uniforme et n'implique qu'un faible dégagement de poussière de la part de la courroie.
On ne rencontre aucune difficulté à enrouler la courroie selon l'invention sous la forme d'une bobine. De plus, on a noté qu'avec ces rouleaux; la tendance des spires de courroie à se défaire, c'est-à-dire à se déplacer d'elles-mêmes de l'extrémité des rouleaux, est moindre qu'avec des rouleaux de courroie à surface lisse.
Heureusement, la courroie ondulée selon l'invention est bien moins recourbée qu'une courroie classique lorsqu'on la déroule après un long stockage. Une telle inflexion apparaît au déroulement de la courroie, et est plus prononcée le long des parties de la courroie qui sont situées aux extrémités du rouleau, et on pense qu'elle serait due à la relaxation des parties marginales
A
longitudinales de la dourroie qui ont été soumises à des tensions dans le rouleau. Actuellement, on ne sait pas si l'inflexion réduite dans la courroie selon l'invention est due à sa configura-
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cation ou à une combinaison de ces facteurs. Cependant, il semble que cette inflexion réduite de la courroie entraîne un transport plus facile et plus uniforme de la courroie sur un appareil à sangler et, naturellement, avec moins d'usure et de dégagement de poussière de la courroie.
Malgré la présence d'ondulations, on peut sceller à chaud sans difficulté des parties de courroies se superposant, avec une lame chauffante, et, de façon surprenante on obtient des joints
à chaud qui sont beaucoup plus résistants ou plus efficaces que ceux résultant du scellage à chaud d'une courroie à surface lisse.
La description qui va suivre se réfère aux figures des dessins annexés, qui représentent respectivement :
Fig. 1 un schéma de l'appareil utilisé pour la fabrication de la courroie selon l'invention. Fig. 2 une section verticale fragmentaire, faite suivant la ligne II-II de la figure 1, illustrant une partie de l'équipement à plus grande échelle. Fig. 3 un schéma fait suivant la ligne III-III de la figure 1, représentant à plus grande échelle une partie de la courroie selon l'invention pendant sa fabrication; et Fig. 4 une section verticale transversale de la courroie selon l'invention.
En se reportant à la figure 1, un ruban 9 de polymère thermoplastique fondu, tel que par exemple du polypropylène, est extrudé en continu d'unetrémie ou d'un ajutage 11 par un orifice pratiquement rectangulaire et pénètre dans un bain de refroidissement 13 contenu dans une cuve 15. Le bain 13 peut être simplement de l'eau maintenue à une température permettant au ruban extrudé de polymère fondu de se solidifier en un ruban 17 de section rectangulaire correspondant généralement à l'orifice de la trémie. Ce ruban
17 est entraîné par des poulies de guidage 19 et 21 et sort du bain 13 à une vitesse uniforme entre des cylindres de pincement 23 *et 25, dont au moins l'un d'eux est à commande desmodromique.
La bande 17 est refroidie essentiellement sur toute sa section et conserve donc sa section pratiquement rectangulaire jusqu'à ce qu'elle soit volontairement reformée, comme décrit ci-après.
Les cylindres 27 et 29 qui sont à commande desmodromique à la même vitesse que les cylindres de pincement 23 et-25, coopèrent avec les poulies de guidage 31 et 33 à l'avancement de la bande 17 dans les éléments chauffants 35 et 37, les poulies de déviation 39 et 41 maintenant la bande 17 en contact avec les cylindres respectifs 27 et 29 selon des arcs désirés pour assurer une bonne prise et un avancement continu de la bande 17.Pendant son passage dans les éléments chauffants 35 et 37, la bande 17 est amenée à une température comprise dans la gamme de températures d'orientation du polymère particulier dont elle est formée, qui,
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rence de 82 à 110[deg.]C. C'est ainsi que les éléments chauffants 35
et 37 peuvent être construits de façon classique et peuvent être constitués, par exemple, de rampes de lampes ou de panneaux infrarouges ou peuvent être des fours chauffés au gaz.
Derrière l'élément chauffant 37, les cylindres 43 et 45 pressent la bande 17 contre la surface d'un cylindre 47 qui est commandé pratiquement à la même vitesse que les cylindres 27 et 29. Le cylindre 47 est de préférence chauffé intérieurement, par circulation d'un fluide chauffé par exemple, pour éviter le refroidissement de la bande 17 pendant son engagement sur ce cylindre.
A partir du cylindre 47, la bande 17 est pincée par les cylindres de gaufrage (ou d'ondulation) 49 et 51, entre lesquels elle passe,
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53 et 55, ayant tous les deux des surfaces périphériques lisses. Au moins l'un d'eux et de préférence les deux cylindres de gaufrage 49 et 51 sont à commande desmodromique à pratiquement la même vitesse que le cylindre 47, alors qu'au moins l'un d'eux ou de préférence les deux cylindres d'étirage 53 et 55 tournent à des vitesses permettant un étirage longitudinal de la bande 17 selon un rapport d'étirage désirable, lorsqu'elle sort des cylindres de gaufrage 49 et 51. Une bande 17 qui est formée de polypropylène
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de préférence de 6 à 12, et avantageusement selon un rapport d'étirage de 7 à 8 environ.
Pour: au moins minimiser le rétrécissement de la bande ondulée 17 pendant son étirage longitudinal, un cylindre 57 de réglage de 'la largeur de la bande s'engage sur la face inférieure de la bande pendant son trajet entre les cylindres de gaufrage 49 et
51 et les cylindres d'étirage 53 et 55. Ce cylindre de réglage de la largeur 57 a une surface périphérique correspondant aux cylindres de gaufrage 49 et 51 et n'est commandé que par l'avancement de la bande 17. De plus, le cylindre de réglage de la largeur 57 est disposé contre les cylindres de gaufrage 49 et 51 de façon à minimiser le rétrécissement de la bande qui pourrait se produire entre les paires de cylindres de gaufrage et de cylindres de réglage de la largeur.
Si cela s'avère utile, les cylindres d'étirage 53 et 55 peuvent être refroidis, par circulation interne d'un fluide de refroidissement par exemple, pour initier le refroidissement de la bande 17. Les poulies 59, 61 et 63 servent de guides 3 la bande
17 qui est entraînée à travers un bain de refroidissement 65 contenu dans une cuve 67 dans lequel elle est refroidie en-dessous de la gamme de températures d'orientation, et de préférence à la température ambiante. La bande orientée, maintenant appelée la courroie 69, est entraînée par le cylindre 63 vers un poste de collection tel qu'indiqué par la flèche 71.
Une caractéristique importante de l'invention est la présence des cylindres de gaufrage (ou d'ondulation) 49 et 51 qui ensemble compriment la bande 17 pour donner à sa section transversale une configuration ondulée. Alors que ce contour ondulé, par lui-même fournit la bande 69 avec de nombreuses propriétés dési-rables, pendant la compression et donc l'expansion de la bande
17 dans cette configuration ondulée, une orientation des molécules de polymère dans la direction transversale de la bande 17
a lieu en même temps et confère encore d'autres caractéristiques désirables à la courroie-69.
Plus spécifiquement, les cylindres de gaufrage 49 et 51 comprennent des surfaces périphériques 73 et 75 qui sont lisses, continues et, telles que vues sur la figure 2, sinueuses.Les surfaces sinueuses 73 et 75 sont définies par les crêtes 77 et les creux 79, les crêtes d'une des surfaces s'adaptant dans les creux de l'autre surface. L'un au moins des cylindres de gaufrage 49
et 51 est réglable pour permettre de modifier l'espacement entre les surfaces sinueuses 73 et 75 et faciliter ainsi le reformage par compression, désiré, de la bande 17 par ces cylindres.Pendant le reformage de la bande, les molécules de polymère sont orientées dans la direction transversale de la bande 17, comme indiqué schématiquement sur les figures 2 et 3 par les flèches 81. Une fois derrière les cylindres de gaufrage 49 et 51, et pendant l'étirage'de la bande 17 sous l'influence des cylindres d'étirage 53 et
55, les molécules de polymère sont orientées dans la direction longitudinale de la bande 17, comme indiqué schématiquement par les flèches 83 sur la figure 3, une telle orientation moléculaire longitudinale étant prédominante.
En observant à l'oeil nu la section transversale de la courroie 69 représentée sur la figure 4, on peut noter que l'épaisseur de la courroie est généralement uniforme, de même que sa configuration ondulée. De plus, puisque les parties longitudinales successives de la bande 17 sont soumises au même processus, toutes les parties de la courroie 69 montrent les mêmes caractéristiques.
Pour mieux comprendre et apprécier l'invention, on se reportera à l'exemple suivant.
Aux exceptions près indiquées ci-après, on a utilisé un appareil tel que représenté sur la figure 1 du dessin annexé,
en produisant plusieurs bandes plates,continues, semblables,
de résine de polypropylène dans lesquelles les molécules de polymère n'étaient pratiquement pas orientées. On a formé chacune de ces bandes et on les a orientées moléculairement séparément, sous forme d'une opération continuedepuis l'extrusion jusqu'au <EMI ID=13.1>
Plus spécifiquement, on a formé chaque bande par extrusion continue de résine de polypropylène fondue de même composition par un orifice rectangulaire dans la buse 11, le ruban 9 étant re-
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ces bandes avaient le même grammage, une largeur telle que les courroies obtenues finalement avaient pratiquement 0,9525 cm
de large, et étaient chauffées au moyen de lampes infra-rouge dans les éléments chauffants 35 et 37 de façon à les maintenir à un** température d'environ 82 à 110[deg.]C pendant l'orientation de leurs molécules.
Les cylindres de gaufrage 49 et 51 et le cylindre de réglage de largeur de la bande 57 étant retirés de la trajectoire de
la bande, une bande chauffée était pincée contre le cylindre commandé 47 par les poulies guides 43 et 45 et étirée longitudinalement.à un rapport d'étirage pratiquement de 8 à 1, sous l'influence des cylindres d'étirage 53 et 55. Dans la fabrication d'une courroie classique orientée par étirage, un rapport d'étirage d'environ 8 à 1 est commun, car d'autres rapports d'étirage entraînent des inconvénients qui l'emportent sur les bénéfices à
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1, on peut obtenir une courroie ayant de meilleures propriétés d'allongement à la rupture, mais ses caractéristiques de résistance à la traction sont faibles et non satisfaisantes.D'autre part, une courroie qui a été orientée par étirage à des rapports d'étirage supérieurs à 8 à 1 ont des résistances à la traction supérieures, mais ont des propriétés de fibrillation non satisfaisantes. EXEMPLE COMPARATIF - COURROIE PLATE
Après l'orientation par étirage, on a refroidi et relaxé la
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on l'a mise sous forme de rouleau. On a soumis des parties de cette courroie classique ou à surface plate à différents tests et on a déterminé pour chacun de ces tests les valeurs moyennes qu'on a rapportées dans le tableau I.
EXEMPLE COMPARATIF - COURROIE ESTAMPEE
On a formé une courroie plate comme décrit ci-dessus et
on l'a estampée au moyen de cylindres d'estampage classiques qui confèrent des surfaces comprimées de-la forme d'un diamant en <EMI ID=17.1>
général, espacées les unes des autres. On a soumis des parties
de cette courroie estampée aux mêmes tests que la courroie plate et les valeurs moyennes de chacun de ces tests sont rapportées dans le tableau I.
EXEMPLE DE L'INVENTION - COURROIE ONDULEE
On a formé une courroie selon l'invention en reformant la bande rectangulaire de polypropylène, après son chauffage dans une gamme de températures d'orientation de 82 à 110[deg.]C, au moyen des cylindres de gaufrage 49 et 51 ayant un diamètre extérieur
de 7,62 cm, dix entailles par 2,5 cm, une profondeur de 0,25 cm et des surfaces sinueuses qui s'apparient essentiellement l'une à l'autre et ont des crêtes de mêmes.fréquence et amplitude sur leurs longueurs. Une fois ondulée, cette bande a été entraînée par un seul cylindre de contrôle de la largeur 57, alors qu'elle est étirée longitudinalement pendant son passage entre la paire de cylindres de gaufrage 49 et 51 et les cylindres d'étirage 53 et
55. Ce cylindre de réglage de la largeur 57 a été placé de façon que sa périphérie soit presqu'en contact avec le cylindre de gaufrage 51.
En appliquant le procédé de l'invention, on a déterminé qu'en utilisant un rapport d'étirage de seulement 7 à 1 environ, on peut obtenir une courroie-ondulée ayant des caractéristiques de résistance à la traction comparables 3 celles d'une courroie plate et estampée classique. C'est ainsi qu'on a utilisé un rapport d'étirage de pratiquement 7 à 1 pour produire la courroie ondulée décrite ici de façon à faciliter la comparaison des autres caractéristiques de cette courroie et des courroies plates et estampées classiques. On a refroidi et relaxé la courroie obtenue dans le bain 65 et on l'a mise en rouleau.On a également soumis des parties de cette courroie aux mêmes tests que les courroies plates et estampées et on a rapporté les valeurs moyennes de chacun de ces tests dans le tableau I.
Comme on l'a rapporté dans le tableau I, on a soumis des parties des différentes courroies à divers tests pour déterminer la résistance à la traction, le pourcentage d'allongement, la résistance au fendillement, la résistance du scellage à chaud et la rigidité. On a répété chaque test sur plusieurs parties de chacune des courroies. Comme la courroie selon l'invention mon- <EMI ID=18.1>
chaud et une rigidité assez remarquables, on a soumis aux tests pas moins de 10 échantillons de chacune des courroies pour confirmer les résultats.
On a déterminé la résistance à la traction, le pourcentage d'allongement et la résistance du scellage à chaud au moyen d'une machine d'essai de traction classique (Instron). On a effectué les tests de Résistance à la traction et de Résistance du scellage selon la Spécification Fédérale PPP-S-760B pour les courroies non métalliques (et les connecteurs), du 28 Septembre
1973 - qu'on peut obtenir auprès de "General Services Administration". Les courroies examinées avaient 0,9525 cm de large.Les valeurs d'allongement sont une mesure du degré auquel une courroie s'étire et s'allonge avant sa rupture et, de façon générale, plus l'orientation par étirage de la courroie est grande, plus sa résistance à la traction est élevée et plus son pourcentage d'allongement est faible.
Cependant, il est souhaitable que la courroie possède un certain degré d'allongement, à la condition de ne pas sacrifier ses caractéristiques de résistance à la traction, de telle sorte qu'une fois appliquée sur un paquet, la courroie puisse s'adapter aux chocs sans se rompre. On peut noter à partir du tableau I.que la courroie ondulée selon l'invention supporte un pourcentage d'allongement plus élevé avant de se rompre que les courroies plates ou estampées, encore qu'elle possède une résistance à la traction plus élevée que la courroie estampée, mais du même ordre que celle de la courroie plate.
Les valeurs de résistance au fendillement longitudinal.fournissent une comparaison de la force requise pour fendiller les différentes courroies.On a obtenu ces valeurs en utilisant une machine d'essai de traction, en fixant une partie de courroie individuelle le long de la périphérie d'une roue entaillée, fixée à la cellule de charge de la machine d'essai, les extrémités de cette partie de courroie étant fixées à la tête de piston de la machine. L'entaille dans la roue entaillée s'étend sur tout le pourtour de la roue et a une section en V de 1,016 cm et 0,419 cm de large
à ses extrémités extérieures et intérieures respectives. Après avoir calibré la machine, on déplace la tête du piston à une vitesse de 15,24 cm par minute jusqu'à ce que la partie de la courroie qui forme un pont sur l'entaille de la roue entaillée, se fendille.
Les valeurs de résistance du scellage à chaud indiquent la tension qui doit être appliquée sur différentes courroies pour rompre un joint scellé à chaud formé par une machine à sangler automatique, telle que décrite dans le brevet US 3.769.169. De façon générale, les joints à chaud formés avec des courroies plates sont plus résistants que ceux formés avec des courroies estampées. Cependant,une comparaison de la résistance des joints à chaud faits sur des courroies plates avec la résistance de la courroie plate elle-même, c'est-à-dire de la tension requise pour rompre un joint scellé à chaud sur une courroie plate, avec la tension nécessaire pour rompre une partie non scellée de la mène courroie plate, fait ressortir des efficacités usuelles de 60 à
70%.
D'autre part, avec la courroie ondulée selon l'invention, on obtient facilement des efficacités de 80 à 83%.
De façon générale, la rigidité d'une courroie est son aptitude à résister à la flexion, et, comme on l'a mentionné jusqu'ici, plus la courroie est rigide, plus elle peut être alimentée facilement, tel que par exemple le long du bâti d'une machine à sangler, en la poussant simplement dans le sens de la longueur.
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reil d'essai de la rigidité Gurley classique commandé par un moteur. On a découpé des échantillons de courroie de telle sorte que leurs extrémités soient.exactement carrées. Chaque échantillon avait 3,81 cm de long et une des extrémités de chaque échantillon était recouverte d'une bande de ruban Scotch n[deg.] 710, recouvrant également 1,27 cm de chaque surface de l'échantillon ainsi que la surface de l'extrémité coupée. Ce ruban sert à équilibrer les propriétés de friction des surfaces des échantillons. On a examiné séparément les échantillons de différents types de courroies en fixant l'extrémité non recouverte de l'échantillon, le bord libre de l'échantillon étant parallèle à, et chevauchant de 0,635 cm le dessus de la soupape de déviation de l'appareil d'essai de la rigidité Gurley.
On a mis alors l'appareil d'essai en marche, grâce à quoi la soupape a obligé l'extrémité libre de l'échantillon
à dévier jusqu'à ce qu'il dégage-la soupape. Avec cet appareil d'essai, on a enregistré les valeurs lues sur le cadran lorsque l'extrémité libre de l'échantillon a dégagé la soupape de dévia-
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tion et on a obtenu des lectures de déviation de l'échantillon, comme indiqué ci-dessus, d'abord dans une direction, puis dans l'autre.
En plus des essais décrits ci-dessus, une courroie selon l'invention montrait une inflexion moindre qu'une courroie plate ou estampée après un stockage en rouleau pendant 24 heures. Typiquement, après une telle période de stockage, une longueur
de 2,1336 ou 2,4384 cm de courroie plate, à l'extrémité de l'enroulement, avait un rayon de courbure de 9,144 à 12,192 m, alors qu'une même longueur de courroie ondulée selon l'invention avait un rayon de courbure de 15,24 m. Un moindre rayon de courbure résulte en une moindre abrasion du bord de la courroie ondulée et également en un moindre dégagement de. poussière en utilisant la courroie dans une machine à sangler automatique telle que décrite dans le brevet US 3.759.169.
Signode Corporation vend une courroie de polypropylène sous dénomination "Contrax 714". Il est probable que cette courroie est fabriquée selon le procédé décrit dans le brevet US 3.394.045 et est la propriété de Signode_Corporation, car cette courroie montre une bonne résistance au fendillement longitudinal, mais une résistance à la traction assez faible, comme c'est le cas pour les courroies dans lesquelles l'orientation moléculaire est obtenue par laminage par compression.
Bien que constituée principalement de résine de polypropylène, la composition de cette courroie "Contrax 714" n'a pas été déterminée. De plus, le procédé utilisé pour fabriquer ce "Contrax
714" n'est pas connu et de nombreuses questions sur le degré d'orientation moléculaire, le procédé selon lequel on a obtenu cette orientation moléculaire, des additions possibles pendant la mise en oeuvre de la courroie et d'autres, restent sans réponse. De plus, la plus faible largeur en laquelle on peut obtenir cette courroie "Contrax 714" est de 1,111 cm, soit 0,159 cm de plus,. mais plus mince, que la courroie classique unie et estampée et la courroie ondulée selon l'invention discutée jusqu'à présent.
C'est ainsi que bien qu'il ne soit pas possible d'établir une comparaison réelle entre la courroie ondulée selon l'invention et cette courroie commerciale "Contrax 714", les propriétés typiques de cette dernière courroie sont les suivantes :
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Résistance au fendillement courroie rompue avant le
fendillement
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Il est particulièrement significatif que, bien que la courroie "Contrax 714" montre un allongement comparable à la courroie ondulée selon l'invention et une bonne résistance au fendillement longitudinal, la résistance à la traction et surtout la rigidité de la courroie "Contrax 714" sont bien Inférieures à celles de la courroie ondulée selon l'invention.
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REVENDICATIONS
1. Courroie de polymère thermoplastique ayant une résistance à la traction élevée, une bonne résistance au fendillement longitudinal, un haut degré de rigidité longitudinale et des surfaces exposées et soumises à l'abrasion limitées, caractérisée
en ce qu'elle comporte des ondulations continues longitudinales, une épaisseur uniforme et les molécules de polymère sont orientées biaxialement.