La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une feuille lamifiée à haute résistance, et ces feuilles elles-mêmes.
On sait que les lamifiés croisés formés de pellicules
de polymères cristallins, orientées uniaxialement offrent une
combinaison en général hautement avantageuse de différentes propriétés de résistance dont la plus surprenante est la résistance
à la propagation du déchirement (voir brevet n[deg.] 3.322.613 des
Etats-Unis d'Amérique), en particulier lorsque la liaison entre
les couches est suffisamment faible pour qu'au cours du déchirement, dû à une incision, les couches se délaminent autour de
l'entaille. Par conséquent, elles se clivent ou se répandent
dans des directions différentes et l'effet d'entaille disparaît,
ceci étant dénommé "effet de ramification". Des feuilles de ce
type sont particulièrement utiles pour diverses applications
très sévères telles que les substituts de bâches, les feuilles
de couverture, les sacs et la pellicule d'emballage résistants.
Le procédé le plus avantageux de fabrication d'une
feuille du type précité est décrit dans le brevet britannique
n[deg.] 816.607 et consiste à orienter fortement les molécules d'une
pellicule tubulaire dans son sens longitudinal, à la couper hélicoîdalement et à la déplier en une pellicule plane orientée en
biais (par exemple, 45[deg.] ) et à appliquer subséquemment en continu cette pellicule sur une pellicule plane semblablement produite, en même temps que les sens d'orientation respectifs sont
disposés selon une relation d'entrecroisement.
On sait que, pour une épaisseur donnée, la résistance
à la propagation du déchirement est nettement augmentée en utilisant trois couches présentant trois sens d'orientation différents, déterminés, par exemple, en appliquant une pellicule
orientée longitudinalement sur deux pellicules orientées en
biais, comme mentionné ci-dessus.
Un inconvénient du procédé décrit ci-avant (et du produit résultant) consiste en ce qu'il est pratiquement impossible de produire réellement une pellicule mince, si bien que
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résistance, mais d'un poids léger, n'est pas pleinement atteint.
En pratique, le poids le plus faible de chaque couche en lamifiant et en coupant en spirale, est d'environ 30 g/m<2>. Ainsi, pour un lamifié à deux couches, la limite inférieure est d'en-
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est cité ci-dessus et qui est nécessaire pour l'utilisation correcte des effets d'interruption du déchirement), il est d'en-
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Un second inconvénient est la limitation pratique de la largeur provoquée par la rotation des bobines et des pièces mécaniques robustes en liaison avec la coupe en spirale. En général, la largeur est limitée à 1,5 - 2 m environ.
Un troisième inconvénient est relatif à certaines valeurs d'absorption d'énergie pour les lamifiés croisés. Une absorption d'énergie relativement- basse a été observée en ce qui concerne le déchirement à grande vitesse (essai de déchirement d'Elmendorf) et l'essai de traction à grande et petite vitesse (résistance à la traction et résistance à l'impact d'Elmendorf). Il apparaît que le caractère très anisotrope des couches est désavantageux. Si, par exemple, un lamifié croisé à deux plis de ce type est étiré parallèlement à la direction de l'orientation d'une des couches, la limite élastique et l'allongement à la rupture sont en principe déterminés par cette couche.
Des essais plus antérieurs pour surmonter les inconvénients précités et pour disposer d'un procédé de fabrication moins coûteux d'un produit présentant des propriétés semblables ou analogues sont décrits dans le brevet britannique n[deg.]
1.261.397. Dans ce brevet, on divulgue un procédé qui produit une structure entrecroisée par l'intermédiaire d'une matrice à pièces tournantes, tout en formant, dans la même matrice, une zone médiane molle et plus faible par co-extrusion. Le procédé
/couches
consiste à co-extruder plusieurs/concentriques ou presque concentriques à base d'un polymère cristallin, alternant avec des couches d'un polymère plus mou, et à diviser les couches à l'intérieur de la matrice au moyen de dents disposées en rangées et fixées sur les parois cylindriques de la matrice, tout en saillant intérieurement à partir de la surface de paroi concave et extérieurement à partir de la surface de paroi convexe. Les pièces de la matrice sont mises en rotation dans des sens opposés et les couches sont ainsi divisées conformément aux hélices gauches proches d'une surface de la feuille et aux hélices droites proches de l'autre surface de cette feuille. Le peignage peut être effectué au milieu de la pellicule ou être limité aux parties
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zone de peignage est adaptée pour déterminer une zone médiane, molle et faible.
La pellicule extrudée par ce procédé peut être considérée comme étant une matière non orientée. Toutefois, les couches rigides alternées d'un "premier polymère" et les couches molles d'un "deuxième polymère", divisées en filaments par les dents selon un mode linéaire, communiquent, à chaque demi-partie de la feuille, une tendance à se cliver ou à se répandre dans une direction et comme les modes linéaires aux deux surfaces s'entrecroisent l'une l'autre et qu'une tendance à délaminer est prévue, un effet d'interruption de déchirement s'exerce, lequel est analogue à l'effet de "ramification" d'un véritable lamifié croisé.
Le brevet précité propose en outre d'allonger biaxialement le lamifié dans des conditions telles qu'au lieu de for-' mer des couches orientées biaxialement, l'orientation moléculaire soit en général uniaxiale dans chaque couche, les sens d'o- <EMI ID=5.1>
Afin d'obtenir cette orientation uniaxiale, la deuxième matière doit être très encline à céder, par exemple, parce qu'elle est encore fondue ou semi-fondue, alors que la première matière est solide, et les filaments de cette première matière doivent être maintenus droits par une tension biaxiale.
Bien que le procédé ci-dessus résolve en principe les problèmes de l'obtention d'une épaisseur plus faible et d'une largeur plus grande pour les lamifiés croisés,.certaines difficultés importantes ont été observées au cours des développements techniques ultérieurs. Il s'est confirmé que le procédé d'extrusion est industriellement réalisable pour la fabrication d'une pellicule non orientée à haute résistance à la propagation du déchirement, mais à basse résistance à l'impact due au manque d'orientation. Toutefois, d'importants inconvénients ont été constatés en liaison avec un allongement biaxial subséquent. Comme indiqué également dans le brevet précité, on doit utiliser un nombre relativement grand de rangées de dents dans la matrice d'extrusion afin de déterminer la finesse des fibres nécessaire au système d'allongement.
Ceci rend cependant difficile l'entretien de la matrice et provoque de fréquentes "suspensions" de morceaux polymères entre les dents. En outre, l'interaction entre les dents d'une demi-partie de la matrice et cellesde l'autre demi-partie rend nécessaire d'utiliser des quantités excessivesde matière de couche médiane molle ou de limiter le peignage aux deux zones superficielles relativement minces de la feuille. De plus, il est très difficile d'établir et de maintenir les conditions d'allongement biaxial nécessaires à l'obtention d'une orientation moléculaire en général uniaxiale, comme décrit.
Or, on a trouvé qu'un lamifié à haute résistance peut'' être préparé grâce à un procédé consistant à extruder au moins deux couches d'un mélange polymère Fondu, comprenant chacune un mélange de polymères qui sont incompatibles dans une mesure telle qu'au cours de la solidification, le mélange comprenne une dispersion d'un polymère dans une matrice polymère, à atténuer chaque couche à l'état fondu avant, pendant ou après l'extrusion, pour distordre les particules de chaque couche en une structure granulaire fibrillaire ayant un sens prédominant de possibilité
de clivage après solidification en une pellicule, à lier les couches de façon que les sens prédominants soient transversaux l'un par rapport à l'autre, à solidifier les couches si elles ne le sont pas déjà et à orienter biaxialement le lamifié résultant en l'orientant au cours de phases en substance uniaxiales, l'orientation biaxiale étant effectuée à une température suffisant- ment basse pour maintenir le sens prédominant de la possibilité
de clivage de chaque pellicule et la liaison étant suffisamment - Faible pour permettre la délamination locale des pellicules lors d'un déchirement du lamifié.
Ce procédé est fondé en partie sur la constatation qu'une pellicule orientée fortement d'une manière biaxiale, dans laquelle les sens d'orientation sont de préférence perpendiculai- res l'un à l'autre et chaque degré d'orientation est de préférence approximativement le même, présente un sens prononcé de possibilité de clivage, pour autant que la pellicule soit fabriquée par solidification d'une couche fondue préparée en extrudant une dispersion de particules polymères et en atténuant
à chaud la couche pour former la structure granulaire fibrillaire , comme décrit ci-dessus, de façon que, si un lamifié
se composant de ces deux pellicules, préparé par lamination avant ou après la solidification de la couche fondue en une pellicule, est formé de façon à présenter le degré approprié de liaison entre les pellicules, un lamifié à haute résistance et d'un faible poids peut être produit.
Dans la description ci -après, en entend, par l'expression "atténuation à chaud", la distorsion du polymère de chaque couche à l'état fondu en une structure granulaire fibrillaire désirée. Elle est obtenue en étirant la masse fondue, par exemple, à l'état de feuille, après l'extrusion, mais avant la solidification, ou en forçant la masse fondue à s'écouler par un resserrement en fente approprié dans une tête d'extrusion. Cette structure granulaire doit être telle que, si une.pellicule est formée d'elle-même à partir de la couche fondue, cette pellicule doit avoir un sens prédominant de possibilité de clivage.
Comme expliqué ci-dessous, la couche peut être solidifiée en une pellicule avant de la lier à une autre couche fondue ou pellicule qui doit être une partie du lamifié, ou la liaison peut être réalisée lorsque la couche est encore fondue, le lamifié étant en substance solidifié. Pareillement, comme exposé ci-dessous, chaque couche peut se composer d'une seule couche de mélange polymère,
mais se compose assez souvent d'une couche de mélange polymère
et d'une ou de plusieurs autres couches de matière polymère; par exemple, chacune au moins de ces deux couches peut comprendre
une couche de mélange polymère fondu et une couche de matière polymère adhésive sur l'une ou l'autre face ou sur les deux.
Le produit conforme à l'invention est un lamifié se composant d'au moins deux pellicules orientées biaxialement et liées l'une à l'autre, chaque pellicule comprenant des particules de matière polymère qui ont une structure granulaire fibrillaire , laquelle communique un sens prédominant de possibilité
de clivage à cette pellicule, mais qui suit un parcours en zigzag à travers la pellicule et, dans ce lamifié, les pellicules sont liées l'une à l'autre selon des orientations transversales
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est suffisamment faible pour que la délamination locale des pel-licules puisse se produire au cours du déchirement du lamifié.
Ainsi, les produits de l'invention et les produits préparés selon le procédé de cette dernière se composent de pellicules liées à l'état croisé et présentant chacune une morphologie fibreuse distincte à deux échelles. En ce qui concerne la grande échelle, chaque pellicule a un sens prédominant de possibilité de clivage, ce sens prédominant étant prévu par les particules fibrillaires de la pellicule s'étendant en prédominance le long de ce sens. Toutefois, concernant la petite échelle, des parties des fibrilles sont fortement déliées à partir de ce sens prédominant et le grain fibrillaire de la pellicule suit un parcours en zigzag.
Les sens prédominants de la possibilité de clivage doivent être transversaux l'un par rapport à l'autre. Ils peuvent se situer selon tout angle par lequel ils sont transversaux. Il peut y avoir plus de deux pellicules dans le lamifié, cas dans lequel, par exemple, une pellicule peut avoir son sens prédominant de possibilité de clivage à 45[deg.] par rapport au sens longitudinal; une pellicule centrale peut avoir son sens prédominant de possibilité de clivage le long du sens longitudinal et une troi- sième pellicule peut avoir son sens prédominant de possibilité
de clivage perpendiculaire à la première pellicule.
L'appareil conforme à l'invention, approprié à une mise en oeuvre du procédé prédécrit, comprend un organe pour extruder au moins deux couches de matière polymère fondue, un organe pour atténuer chaque couche à l'état fondu avant, pendant ou après l'extrusion pour donner un sens prédominant de possibilité de clivage à une pellicule formée de cette couche par solidification, un organe pour mettre les couches ensemble et les lier selon des orientations transversales prédominantes l'une par rapport à l'autre et des organes pour orienter biaxialement le lamifié résultant en l'orientant selon des phases en substance uniaxiales.
Dans la mesure où on utilise un mélange polymère fondu dans lequel les polymères dispersés sont suffisamment incompatibles pour qu'ils restent dispersés, mais suffisamment compatibles pour qu'une pellicule utile soit formée, comme décrit ci-dessous, l'atténuation à chaud conduit, comme mentionné plus haut, à la production d'une morphologie fibreuse unidirectionnelle qui peut être observée à l'aide d'un microsco- pe ordinaire. Une certaine orientation uniaxiale peut aussi être produite durant l'atténuation à chaud, mais cette orientation est en général très faible.
Lorsque la pellicule
(qui peut, par exemple, se composer de poids égaux de polypropylène et de polyéthylène) est étirée angulairement par rapport au sens des grains, c'est-à-dire perpendiculairement, les parties des fibres dévient et se ramifient, en les considérant à la petite échelle, mais il est encore possible de suivre le parcours en zigzag du grain d'un point de branchement à l'autre, et en suivant les différents parcours de cette façon, on observe qu'à la grande échelle, il existe encore un grain unidirec- tionnel prédominant et qu'en particulier, la pellicule conserve son sens prédominant de possibilité de clivage. Cette macrostructure est très différente de la structure du filament décrite dans le brevet britannique n[deg.] 1.261.397.
Après un certain allongement perpendiculaire au sens du grain, par exemple, un allongement d'environ 40%, l'examen de la pellicule à la lumière polarisée (ou,de préférence, par diffraction aux rayons X) montre que l'orientation moléculaire est égale dans toutes les directions. Après la poursuite de l'étirage dans la même direction, il existe encore une possibilité de clivage prononcée le long du sens du grain; mais, jusqu'à un certain point, par exemple, un allongement total d'environ 80%, il n'y a plus de sens prédominant de possibilité de clivage
car, au lieu de ceci, la possibilité de clivage est égale dans toutes les directions. En poursuivant encore l'étirage, le sens principal de la possibilité de clivage coïncide avec le sens principal de l'orientation moléculaire. La pellicule peut être
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le sens original du grain jusqu'à ce qu'elle n'ait plus une orientation moléculaire prédominante, mais présente néanmoins une orientation moléculaire égale dans toutes les directions. A ce point, il y a de nouveau une possibilité de clivage marquée dans le sens original du grain et par examen microscopique, il est possible, bien que difficile, de suivre le parcours en zigzag du grain et de voir qu'à la grande échelle, le sens original du grain coïncide encore en principe avec le sens de la possibilité de clivage.
Les produits de l'invention et les produits fabriqués par celle-ci conviennent particulièrement à presque toutes les applications quelconques à haute résistance où l'absorption d'énergie est essentielle, peu importe qu'il s'agisse de l'absorption d'énergie durant la propagation du déchirement, le percement ou l'impact. La possibilité de clivage des couches en rapport avec la faible liaison entre ces couches engendre un effet de ramification similaire à celui des lamifiés croisés à base d'une pellicule orientée uniaxialement, mais l'absorption d'énergie au cours du déchirement rapide (essai de déchirement d'Elmendorf) est essentiellement plus élevée.
Au surplus, la plupart des propriétés d'impact, en particulier la résistance à l'impact d'Elmendorf, sont améliorées, de même qu'ordinairement l'absorption d'énergie pendant le percement rapide (résistance de Beach). Ces améliorations sont considérées comme étant un résultat dû en partie au caractère biaxial de l'orientation de chaque couche et en partie à la morphologie fibreuse distincte de chacune des pellicules. L'orientation biaxiale a donc un avantage que les lamifiés se composant de pellicules orientées uniaxialement n'ont pas.
Il a été mentionné ci-dessus que le procédé de fabrication d'un lamifié croisé formé de pellicules orientées uniaxialement donne, dans des conditions pratiques, une épaisseur de feuille plutôt élevée (environ 90 g/m<2> pour un trois plis) et une largeur de feuille plutôt petite. A cet égard, le présent procédé est largement avantageux en raison du fait que la feuille est fortement allongée dans deux ou plusieurs directions après la lamination. Ainsi, il est possible techniquement et économiquement d'obtenir un poids d'environ 10 g/m<2> pour chacune des pellicules du lamifié, c'est-à-dire 30 g/m environ pour un lamifié à trois plis. Ceci élargit Fortement le domaine des utilisations.
Si les polymères de chaque couche sont trop compatibles, comme ceci est le cas pour différents polyamides, par exemple, ils ne forment pas une dispersion de particules d'un polymère dans une matrice d'un autre, de manière à déterminer un grain comme décrit. Des mélanges de polymères thermoplastiques co-extrudables, semi-compatibles ou incompatibles doivent être utilisés et de préférence, le volume d'un polymère ne doit pas être trop prédominant. Pratiquement, il ne doit pas y avoir plus de 85% de polymère quelconque dans le mélange. Si les polymères choisis sont largement incompatibles, ils sont de préférence rendus plus compatibles en les modifiant à l'aide d'un agent d'alliage.
Les meilleures propriétés sont obtenues lorsque le grain se compose de fils de cristal collés ensemble par de petites quantités d'un élastomère environnant. Par petites quantités, on entend 5 à 20% du total environ.
Afin de maintenir faible la quantité d'élastomère et d'obtenir encore une morphologie fibreuse distincte (élastomère tendant à entourer l'autre matière), l'élastomère est de préférence utilisé comme agent d'alliage pour deux autres polymères.
Ainsi, un mélange préféré est celui de deux polyoléfines cristallines incompatibles - par exemple, un polypropylène isotactique ou syndiotactique et un polyéthylène de haute ou basse densité avec l'addition d'un polymère collant qui se lie aux deux polymères - par exemple, un polypropylène atactique, un caoutchouc éthylène-propylène (de préférence, du type collant à haute teneur en propylène) et un polyisobutylène d'un poids moléculaire semblable à celui utilisé ordinairement pour des adhésifs sensibles à la pression.
L'atténuation à chaud par laquelle la structure granulaire fibrillaire est formée, peut être effectuée de difdérentes façons. Par exemple, elle peut l'être par réduction graduelle de l'espacement de la chambre de sortie dans la matrice d'extrusion ou par le passage de la matière fondue entre une rangée de cloisons étroitement espacées de la matrice, ou par allongement à l'état fondu après la sortie de la matrice, ou par combinaison de ces stades.
Le sens de la possibilité de clivage et la possibilité de clivage des pellicules sont déterminés en mesurant la résistance à la propagation du déchirement par le procédé de déchirement à la languette dans différentes directions. Le sens de la possibilité de clivage est considéré comme le sens que suit la plus basse résistance à la propagation du déchirement, tandis que la possibilité de clivage est considérée comme le rapport entre la plus haute résistance à la propagation du déchirement et la plus basse résistance à la propagation du déchirement. La possibilité de clivage des pellicules après l'orientation biaxiale doit de préférence être supérieure à 2/1. Toutefois, le rapport 1,5/1 peut être toléré.
Afin de permettre une délamination locale pendant le déchirement et d'effectuer ainsi la ramification du déchirement,.. il est essentiel de lier les couches d'une manière suffisamment faible. Si laliaison formée est une liaison unie et si l'épaisseur
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tre 5 et 500 g/cm environ est généralement appropriée. Comme il existe une compétition entre les forces de rupture et les forces de délamination au cours du déchirement, la limite supérieure dépend de l'épaisseur de la couche et est en général proportionnelle à celle-ci.
Il existe différentes façons d'établir et de contrôler la résistance de la liaison. La façon la plus pratique implique, au cours d'un certain stade, la co-extrusion d'une couche spéciale de composant adhésif (pour augmenter l'adhérence) ou d'un "composant de libération" (pour réduire ou éliminer l'adhérence).
Il est essentiel que l'orientation biaxiale soit réalisée en deux stades au moins et de préférence en plusieurs stades dont chacun est en substance uniaxial. On a constaté que l'allongement simultané dans deux directions détruit le grain, si bien qu'aucun effet de ramification n'est exercé. Il existe également une tendance à détruire le grain par allongement à proximité du point de fusion des composants principaux de la feuille et la température doit donc être maintenue suffisamment basse pour éviter une réduction substantielle de la possibilité de clivage. On estime que la recristallisation et d'autres phénomènes physiques de réarrangement des phases jouent un rôle à cet égard. En tout cas, les meilleures propriétés ont été obtenues par allongement au-des-
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environ, par exemple, pour le polypropylène; des températures plus basses sont mêmes préférables. Pour l'allongement à ces basses températures, des procédés d'allongement spéciaux sont nécessaires; ceux-ci sont décrits ci-dessous.
De préférence, l'orientation biaxiale produite par l'allongement au-dessous du point de fusion doit avoir, dans toute direction, une composante égale au moins à l'orientation pro-
i duite par l'atténuation à chaud et il est préférable en général de rendre l'orientation biaxiale beaucoup plus forte.
Le degré d'orientation doit à cet égard être mesuré par diffraction aux rayons X, mais pour un examen rapide et approximatif des valeurs relatives, des observations de couleurs d'interférence entre des filtres "Polaroid" croisés sont aussi appropriées.
Le terme "Polaroid" est une marque de fabrique.
La liaison globale entre les pellicules doit être faible afin de permettre à une délamination locale de se produire au cours de la propagation du déchirement. Toutefois, ceci ne signifie pas nécessairement que la liaison doit être uniformément faible sur toute la surface. De préférence, une forte liaison adhésive est présente par touches ou par lignes et aucune ou une faible liaison adhésive,sur les parties restantes, soit les surfaces adjacentes des pellicules. Ceci donne une bonne résistance au déchirement. La délamination locale nécessaire est aisément amorcée, mais est ensuite arrêtée ou est poursuivie sous une grande résistance. En même temps, les parties fortement liées empêchent la délamination du lamifié au joint soudé ou collé sous tension ou à proximité adjacente de celui-ci, laquelle peut d'ailleurs se produire aisément.
Par le choix approprié du mode de liaison, les différentes résistances à la liaison et le type de rupture à obtenir dans les zones à faible liaison ou sans liaison (qu'elles soient fragiles ou plus fluides), on peut contrôler les propriétés de déchirement pour répondre aux différents buts.
La présence de zones à forte liaison et à faible liaison ou sans liaison, comme décrit ci-avant, est particulièrement utile lorsque des couches relativement minces sont liées. Il a déjà été mentionné qu'une compétition est présente entre les forces de rupture et de délamination au cours de la propagation du 'déchirement, ce qui signifie que plus aisé est le démarrage de
la délamination, plus minces sont les couches. En général, la liaison variable prédécrite est toujours utilisée si les couches
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forte liaison-aucune liaison est en fait bien connu en ce qui concerne les lamifiés croisés formés de pellicules et qui sont orientés uniaxialement ou biaxialement d'une manière très déséquilibrée (voir les brevets n[deg.] 3.496.056 et 3.342.657 des EtatsUnis d'Amérique, le brevet britannique n[deg.] 1.316.640 et le brevet danois n[deg.] 1.197.733). Toutefois, les couches de ces lamifiés connus présentent, lorsqu'ils sont vérifiés individuellement, une résistance au percement et à l'impact extrêmement faible (sauf dans le cas de polymères spéciaux et coûteux, tels que par exemple le nylon 6), alors qu'on a constaté que les pellicules individuelles de la présente invention ont une résistance au perce-
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conséquent, une adhérence plus faible (ou aucune adhérence) des zones concernées et/ou une extension plus grande de ces zones est ou sont acceptables sans aucune perte importante de la résistance au percement ou à l'impact.
De préférence, la liaison variable est prévue en formant, sur une ou deux faces d'au moins deux couches, des bandes ou des touches de substance adhésive ou de substance de libération. Cette dernière doit être une substance, de préférence une matière polymère, ayant une faible résistance de cohésion en soi ou une faible adhérence à la couche polymère adjacente.
Le fait qu'une substance de libération ou une substance adhésive doit être choisie dépend de la mesure dans laquelle les mélanges polymères sont compatibles l'un avec l'autre (ou s'ils le sont), et de la méthode de jonction, par exemple, la température utilisée durant la lamination.
En tout cas, il est possible, grâce au procédé prédé- crit, de contrôler étroitement la grandeur de la force de liai-son.
De préférence, les bandes ou points de substance de libération sont décalés (décentrés l'un par rapport à l'autre) des deux côtés d'une couche centrale. Ceci a pour avantage qu'au cours du déchirement, les parties liées librement ou faiblement de la couche médiane s'allongent par suite des forces d'allongement appliquées et absorbent une certaine énergie en continuant ainsi à arrêter l'effet d'entaille.
Bien que dans certains procédés il soit, avantageux d'atténuer et de lier lorsque les flux sont fluides et avant l'extrusion, il est souvent préférable de lier après l'extrusion, l'atténuation étant effectuée avant, pendant ou après l'extrusion et la solidification étant réalisée à tout moment convenable après l'extrusion, par exemple, après que l'un ou l'autre des flux ou les deux soient sous la forme d'une pellicule solide. Ainsi, un procédé préféré conforme à l'invention consiste à extruder et à atténuer les couches mutuellement et indépendamment avant de les lier. Ce procédé est avantageux, puisqu'il permet la production du sens le plus uniaxial de possibilité de clivage, ou grain, dans chaque pellicule.
Une manière de mettre en oeuvre ce procédé consiste à extruder au moins une couche d'une fente de sortie d'extrusion circulaire et rotative et d'atténuer cette couche à l'état encore fluide de façon que son sens prédominant de possibilité de clivage soit angulaire au sens de la machine, et à appliquer cette couche et à l'amener plus avant sur un ou plusieurs tubes ou pellicules solides préformés ayant un sens différent de possibilité de clivage. Ainsi, une pellicule solide préformée peut être acheminée le long d'un mandrin qui se prolonge à travers le sens de la matrice d'extrusion rotative. Cette pellicule capte et amène plus avant le flux de fluide tournant qui est ainsi enroulé au- ' tour de la pellicule solide comme une pellicule extérieure ayant un sens hélicoïdal de possibilité de clivage.
Comme déjà mentionné, la résistance à la propagation du déchirement pour- une épaisseur totale donnée est notablement meilleure dans un lamifié à trois couches que dans un lamifié à deux couches. Par conséquent, il est préférable également d'extruder deux ou plusieurs pellicules successivement à partir de deux ou de plusieurs fentes d'extrusion, tournant mutuellement en sens contraire, sur la même pellicule solide de la manière mentionnée ci-dessus.
Un autre avantage du procédé de préparation d'une pellicule préformée est la possibilité d'accepter l'utilisation de polymères qui ne peuvent pas être employés par eux-mêmes (par exemple, des polymères d'un poids moléculaire très élevé), mais qui peuvent être utilisés en raison de l'effet de soutien et d'acheminement de la pellicule sur le mandrin,qui peut être très proche de la fente de sortie circulaire.
Dans la description qui précède, la couche tubulaire fluide et tournante est étirée intérieurement à partir de la matrice d'extrusion rotative en une pellicule solide en mouvement. Cette caractéristique est en général avantageuse, car les tensions élastiques produites par la rotation tendent à réduire le diamètre de la pellicule fluide tubulaire, ce qui favorise la fixation de la pellicule fluide et son collage sur la pellicule solide qui avance. Toutefois, ce procédé peut être mis en oeuvre en utilisant la pellicule préformée d'une forme en général tubulaire dont le diamètre est plus grand que celui de la fente de sertie tournante, et en insufflant ou en extrudant, par d'autres organes, la pellicule tubulaire fluide rotative extérieurement sur la pellicude solide. Au lieu de faire tourner la matrice d'extrusion, le mandrin peut tourner et la matrice peut être fixe.
Il faut noter qu'on entend, par l'expression "sens de la machine", le sens d'avancement de la pellicule solide préprodui te.
Un procédé particulièrement préféré de l'invention consiste à faire tourner au moins deux flux tubulaires concentriques de mélanges polymères fondus relativement l'un à l'autre durant et immédiatement après le passage des flux par la partie sortie d'une matrice d'extrusion, tout en atténuant les flux et en formant ainsi, dans chaque couche résultante, un sens de possibilité de clivage transversal à celui d'une couche adjacente, et à lier subséquemment les couches tubulaires après leur sortie de la matrice d'extrusion et lorsqu'elles sont encore fluides.
Un avantage de ce procédé est que ses différents stades, à savoir l'extrusion, l'atténuation, la jonction avec le grain des couches adjacentes selon une relation d'entrecroisement et l'allongement biaxial, peuvent être effectués en ligne. De préférence, la feuille se compose de trois couches, le grain de la couche médiane s'étendant longitudinalement, tel que ceci est décrit en détail ci-après en liaison avec la description des dessins. En comparaison du procédé décrit précédemment, l'avantage consiste en ce que toutes les couches sont extrudées à partir de la même matrice, mais ceci est réalisé aux dépens de l'effet d'acheminement.
Selon un autre procédé de l'invention, les couches sont solidifiées avant d'être liées. Ceci permet l'emploi d'un appareillage plus simple et plus classique. Un procédé préféré que l'on peut mettre en oeuvre en utilisant un appareillage particulièrement simple et peu coûteux, mais aux dépens des avantages liés à une fabrication en ligne, consiste en ce que chacune des pellicules est formée en extrudant une couche tubulaire, en l'atténuant par étirage longitudinal à l'état encore fluide, en la solidifiant et en la coupant hélicoîdalement, en la dépliant en une pellicule plane de manière à avoir un sens de clivage oblique; puis les pellicules sont liées l'une à l'autre.
Un autre procédé de fabrication dans lequel la liaison est effectuée après solidification, consiste en ce que la pellicule est formée en extrudant une couche, en l'atténuant en prédominance dans le sens transversal à l'état encore fluide par élargissement latéral et à solidifier la pellicule, puis à lier les pellicules l'une à l'autre. Ce procédé convient à la production de couches plutôt larges. L'élargissement latéral peut se faire au moyen d'un cadre élargisseur, de préférence dans un four à circulation d'air qui est maintenu à une température légèrement plus haute que le point de fusion.
Afin de simplifier la lamination de pellicules solidifiées etextrudées séparément et de rendre ainsi possible également la lamination d'une pellicule plus mince, au moins la première phase du procédé de jonction peut être combinée avec au moins la première phase de l'allongement latéral impliqué dans l'orientation biaxiale. Ceci aide essentiellement à prévenir la formation de plis pendant la lamination. Si la température d'allongement désirable est plus basse que la température nécessaire au collage
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par exemple, peuvent avoir lieu à une température plus élevée sans aucun dommage perceptible.
Afin de faciliter la liaison après l'extrusion, un polymère adhésif, dont le point de fusion est plus bas que celui du mélange, peut être co-extrudé au moins sur une surface d'au moins l'une des couches. De préférence, le polymère adhésif est tel que la liaison peut être réalisée sans l'application de chaleur, mais durant l'allongement simultané des deux pellicules lorsqu'elles sont pressées l'une contre l'autre. Ainsi, on a constaté que, dans ces conditions, comme décrit en particulier en détail cidessous, il existe une forte tendance à refroidir les pellicules adjacentes soudées ensemble. Cetteconstatation est l'objet éga- lement du brevet britannique n[deg.] 1.526.724 du Demandeur.
Ainsi, seul un petit degré d'adhésivité est requis; par exemple, on a observé que des couches superficielles d'un polymère d'éthylène contenant 16% d'acétate de vinyle se soudent de cette façon à la température ambiante, en donnant une résistance à l'arrachage de
10 g/cm. La résistance à la liaison peut subséquemment être augmentée par passage sur ou entre des cylindres chauffés.
Le polymère adhésif peut être co-extrudé en bandes.
Il est ainsi possible d'obtenir le mode forte liaison-faible liaison ou forte liaison-aucune liaison, comme expliqué ci-dessus.
Un autre procédé pour l'obtention de ce mode de liaison consiste à co-extruder, sur l'une des surfaces adjacentes des deux couches, un pli continu de polymère adhésif et à munir en outre, par bandes ou par touches, l'autre des surfaces,d'une couche de libération.
Un autre procédé encore pour l'obtention de ce type de mode de liaison consiste à co-extruder le polymère adhésif en bandes sur deux surfaces adjacentes de deux couches, les bandes d'une couche s'entrecroisant avec celles de l'autre couche. Dans ce procédé, on peut déterminer des zones de non-liaison dont la configuration est en points.
L'allongement biaxial implique nécessairement l'application de forces d'allongement latéral et ces forces sont de préférence réparties en substance uniment sur le plan de la feuille.
Comme mentionné précédemment, l'opération d'allongement est de préférence effectuée à une température relativement basse, par exemple, la température ambiante, et l'utilisation, tel que ceci est normal, d'un cadre élargisseur dans ces circonstances donne presque inévitablement un rétrécissement inégal avec une résistance à la propagation du déchirement varié dans le sens latéral.
Il est connu de produire un allongement latéral par une application unie de forces d'allongement (voir brevet français <EMI ID=14.1>
brevets, on fait usage de deux bandes transporteuses en caoutchouc qui sont expansées latéralement en même temps qu'elles sont fermement pressées l'une contre l'autre, ce qui serre et étire ainsi la pellicule.
Un procédé plus commode pour exercer l'effet consiste
à effectuer l'allongement latéral en plusieurs stades consistant chacun à allonger la feuille sous la forme de plis en substance longitudinaux, répartis uniment temporairement, par application d'une pression le long des lignes s'étendant en substance dans le sens longitudinal de la feuille, et en réalisant ensuite l'allongement longitudinalement en un ou plusieurs stades. Cette déformation est obtenue en formant une impression linéaire sur la feuille. Un procédé commode pour la formation de cette impression linéaire et ainsi la déformation de la feuille sous une forme
pliée consiste à faire passer le lamifié par les prises de plusieurs paires de cylindres d'engrènement rainurés, où les rainures s'étendent en substance dans le sens longitudinal de la
feuille (c'est-à-dire transversalement à l'axe des cylindres).
De préférence, l'allongement longitudinal est ensuite réalisé en continu, de préférence, dans les limites d'une courte zone d'allongement. Il faut noter- qu:une répartition strictement unie des forces d'allongement n'est pas nécessaire, mais qu'une certaine inégalité très étroite est au contraire avantageuse dans la mesure où la résistance à la propagation du déchirement est concernée.
Il s'est révélé particulièrement avantageux, pour la résistance à la propagation du déchirement, de varier l'état d'orientation selon un mode de stries (voir figures 8 et 9), de telle façon que, dans un jeu de stries, l'orientation biaxiale soit déséquilibrée et soit extrêmement parallèle ou presque parallèle aux stries, tandis que, dans les stries intermédiaires, elle estaussi de préférence déséquilibrée, mais est extrêmement perpendi- culaire ou presque perpendiculaire aux stries.
Ainsi, de préférence, les stries des deux jeux A et B sont entremêlées l'une dans l'autre, chaque strie comprenant des parties de chacune des pellicules orientées; les stries A sont relativement épaisses et sont allongées à froid uniaxialement d'une manière nettement déséquilibrée, l'axe principal de l'allongement à froid étant en général substantiellement parallèle au sens des stries et le sens de propagation du déchirement formant un petit angle par rapport au sens d'orientation, tandis que les stries B sont relativement minces, sont allongées à froid biaxialement d'une manière équilibrée ou déséquilibrée, l'axe principal, de l'allongement à froid s'entrecroisant avec le sens des stries.
De préférence, une contraction latérale substantielle de la feuille est admise pendant l'allongement longitudinal et préférablement, l'allongement latéral est essentiellement fini avant que l'allongement longitudinal soit commencé. La mise en oeuvre du procédé prédécrit est d'une importance particulière lorsque de hautes résistances au percement et à la propagation
du déchirement sont spécialement désirables et qu'une limite élastique relativement basse est admissible. Ce procédé donne un allongement à la rupture plus élevé. Afin de permettre la contraction en même temps que l'allongement longitudinal est effectué dans une zone étroite, le lamifié est muni de préférence de très fins plis longitudinaux - par analogie à ce qui est divulgue dans
<EMI ID=15.1>
résultat approprié est habituellement obtenu lorsque les fins plis formés au cours du dernier stade du procédé d'allongement latéral, en utilisant des rouleaux d'engrènement, sont maintenus dans la feuille au moment où cette dernière pénètre dans la zone d'allongement longitudinal.
Bien qu'il soit exposé ci-dessus que des avantages sont obtenus en prévoyait un mode d'orientation strié et des variations d'épaisseur, en particulier en et" qui concerne la résistance à la propagation du déchirement, cet effet ne doit pas normalement être exagéré car ceci aurait un effet adverse tant sur la possibilité d'impression que la résistance au percement dû à des objets acérés.
Par conséquent, le but de l'emploi de cylindres d'engrènement, comme précité, est d'éviter une tendance exagérée à la formation nette de zones d'allongement linéaires qui se manifestent ordinairement lorsque la feuille est orientée longitudinalement selon tout degré important.
Au lieu de lier les couches après l'extrusion, comme mentionné plus haut, elles peuvent être liées avant l'extrusion. Un procédé préféré de ce type consiste à faire tourner au moins deux flux tabulaires concentriques de mélanges polymères Fondus l'un par rapport à l'autre au cours du passage à travers une matrice d'extrusion annulaire, tout en effectuant l'atténuation de chaque flux, à établir de cette façon des sens prédominants de possibilité de clivage dans chaque flux qui sont transversaux l'un par rapport à l'autre, à lier les flux fluides en un lamifié tubulaire, puis à extruder ce lamifié tubulaire à l'état fluide et à le solidifier ensuite.
Ce procédé n'offre pas certains des avantages de ceux dans lesquels la liaison est réalisée après l'extrusion, car il n'est pas possible d'obtenir des sens réellement uniaxiaux de possibilité de clivage, mais ce procédé a l'avantage de réduire la dimension de l'appareil requis et la longueur du parcours, puisque le lamifié existe déjà au moment où il est extrudé à partir de la matrice d'extrusion. La matrice peut aisément être construite pour extruder trois ou plusieurs couches. De préférence, un polymère pour augmenter ou réduire la résistance de la liaison entre les couches est co-extrudé sur la' face d'au moins une couche adjacente.
Ce procédé général dans lequel deux flux tubulaires concentriques sont liés avant de quitter la matrice d'extrusion, comme décrit ci-dessus, ainsi que l'appareil convenant à la mise en oeuvre de ce procédé, font l'objet du brevet britannique n[deg.]
1.526.723 du Demandeur.
Par suite de la morphologie fibreuse des pellicules formées selon le procédé prédécrit, des vides internes sont souvent présents à l'intérieur de chaque pellicule. Ces vides en général ne s'unissent pas à d'autres. Cet effet est particulièrement important lorsque l'allongement a lieu à une température relativement basse; le lamifié résultant est ainsi opaque dans une mesure plus ou moins grande. Cet effet peut être utilisé pour produire un lamifié blanc sans l'emploi de pigment, mais peut être supprimé par l'emploi d'un laminage sous pression subséquent. Naturellement, les pellicules peuvent contenir au besoin un pigment blanc.
L'invention est à présent décrite en détail ci-après en se référant aux dessins ci-annexés, dans lesquels :
la figure 1 est une coupe d'une matrice d'extrusion pour la fabrication d'une feuille conforme à l'invention; la figure 2 représente, en vue en perspective (où des sections sont déplacées), le principe d'une matrice d'extrusion présentant deux fentes de sortie tournant en sens contraire et des organes pour extruder deux couches à travers chaque fente; la figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 2. et montre le principe d'une matrice d'extrusion présentant deux fentes à rotation contraire, une fente fixe et des fentes de sortie intermédiaires pour les flux d'air; la figure 4 est une vue en perspective et en partie en coupe montrant le principe d'une matrice d'extrusion annulaire rotative où un mandrin se prolonge à travers son centre;
la figure 5 est un diagramme de fonctionnement d'un exemple de mise en oeuvre préféré du procédé conforme à l'invention; (légende voir 43bis) la figure 6 est une ligne de fabrication pour l'opération d'allongement à froid préférée; la figure 7 est un détail des "cylindres rainurés" qui exécutent l'allongement latéral dans des zones irrégulières dites "stries"; la figure 8 est une représentation schématique, à une échelle agrandie, du mode de stries et de leur orientation dans une pellicule allongée en croix conformément à la ligne de fabri- cation de la figure 6; et la figure 9 est une coupe transversale à une échelle agrandie de la pellicule de la figure 8, telle qu'elle est réellement observée au microscope; toutefois, pour plus de clarté, l'épaisseur est le double de la largeur.
La matrice d'extrusion reproduite à la figure 1 est un exemple de matrice que l'on peut utiliser et dans laquelle deux dispersions (polymère dans polymère) sont extrudées dans une chambre de réception commune à travers deux rangées de cloisons
qui tournent dans des sens opposés. Les deux flux de dispersion
1 et 2 sont amenés par des conduits d'admission de la partie inférieure de la matrice aux conduits annulaires 4 et 5 des deux parois de la voie annulaire 6 où les deux bagues 7 et 8 sont dépl a- cées dans des sens opposés par des organes de commande, par exemple par des dents et des roues dentées (non représentées). Les
deux bagues 7 et 8 sont pourvues de rangées de cloisons 9 et 10 respectivement dans lesquelles sont formées, deux rangées d'ouvertures 11 et 12 par lesquelles les deux dispersions sont extrudées dans la chambre de réception 15 formée par les deux parties
13 et 14 et se terminant en une fente de sortie 16. Pour plus
de clarté, les cloisons 9 et 10 s'étendent radialement comme représenté, mais sont disposées en réalité angulairement par rap-port au sens radial pour empêcher la formation de lignes de matrice dans la feuille extrudée. Grâce à l'extrusion à travers les deux bagues rotatives 7 et 8, les deux dispersions sont chacune atténuées et acquièrent ainsi une morphologie fibrillaire, ainsi qu'un sens de possibilité de clivage, comme mentionné cidessus. Les deux réseaux de flux atténués sont ensuite réunis dans la chambre de réception 15 pour former un lamifié à morphologie fibreuse entrecroisée. L'épaisseur de ce lamifié est réduite par le passage à travers la fente de sortie 16 et ensuite par une opération de tassement et d'insufflation normale.
Puis, la pellicule est allongée tant dans le sens longitudinal que transversal à une température relativement basse. Par suite des deux sens de fibres différents, les deux semi-parties de la pellicule montrent des tendances à se cliver dans des directions différentes au cours du déchirement. Les matières à partir desquelles les deux semi-parties sont formées, sont choisies de façon qu'elles adhè-
<EMI ID=16.1>
dans une petite zone autour de l'incision à partir de laquelle le déchirement a lieu, et ceci fait disparaître l'effet d'entaille.
La matrice représentée à la figure 2 se compose de quatre parties principales, à savoir une partie d'admission fixe
17 pour la répartition circulaire des polymères comme expliqué cidessous, et une partie de soutien fixe 18 qui supporte ici les deux parties rotatives 19 et 20 formant un orifice de sortie 21. Le mélange polymère A et le polymère B sont amenés à la partie d'admission 17 où ils sont répartis en flux circulaires concentriques. Le mélange A est extrudé par les conduits annulaires 22 et 23 pour lesquels une ou deux extrudeuses peuvent être utilisées. Le polymère B est extrudé par le conduit annulaire 24. Pour une répartition uniforme, les conduits 22,23 et 24 sont dotés de chicanes de répartition ou d'autres organes de répartition (non reproduits).
Pour plus de clarté, les paliers et les joints de scellement entre la partie de soutien 18, la partie rotative 19 et la partie rotative 20 ne sont pas représentés, de même que les commandes pour ces parties 19 et 20.
En partant des trois conduits annulaires 22, 23 et 24, les flux polymères traversent la partie de soutien 18 en passant par trois réseaux circulaires de conduits 25, 26 et 27 communiquant chacun avec une chambre annulaire 28, 29 et 30 respectivement.
Les deux parties rotatives 19 et 20 tournent de préférence à une vitesse presque égale, mais dans des directions différentes, comme indiqué par les flèches 31 et 32. Chaque partie rotative est en soi une matrice de co-extrusion pour deux couches, l'une se composant du mélange A et l'autre, du polymère B. Pour plus de clarté, les références numériques pour l'explication de l'écoulement ne sont citées que pour la partie 20, mais l'écoulement à travers la partie 19 est similaire. En partant de la chambre 29, le mélange polymère A parvient à la partie rotative en passant par les conduits 33, tandis que le polymère B provenant de la chambre 30 atteint la partie rotative en passant par des conduits 34. A l'intérieur de la partie rotative, deux conduits annulaires 35 et 36 sont en communication avec les conduits
33 et 34 et sont séparés par une mince paroi circulaire 37.
Après avoir dépassé le bord de la paroi 37, les deux produits A et B s'unissent l'un à l'autre dans une chambre de réception annulaire 38 qui se termine en un orifice de sortie 21. En passant à travers le conduit annulaire 35 et la chambre de réception 38, l'épaisseur de la feuille fluide est fortement réduite, de sorte que la matière est atténuée.
Les cloisons entre les conduits adjacents 33 et 34 doivent être profilées comme représenté. Pour plus de clarté, elles ' se prolongent radialement au dessin, mais doivent en réalité for-mer un angle avec cette direction pour réduire la tendance à la formation de lignes de matrice.
Le "mélange polymère A" est un mélange de deux polymères incompatibles ou semi-compatibles, tandis que le "polymère B"est à même de donner à la feuille une tendance appropriée à la délamination. Par conséquent, il peut se composer, par exemple, d'un élastomère qui est un piètre adhésif pour les deux couches de mélange A et peut être extrudé sous la forme de bandes. Toutefois, si les conduits 22 et 23 reçoivent deux mélanges polymères différents mutuellement incompatibles, le mélange polymère B peut être un adhésif dont la liaison est relativement forte pour les deux mélanges de polymères, et doit, dans ce cas, être extrudé en bandes ou interrompu d'une autre façon.
Le dispositif reproduit à la figure 3 se composé essentiellement des par ties principales similaires 39, 40, 41 et 42, mais une fente de sortie. 53 ou 54 est présente dans chacune des parties rotatives 41 et 42 et une fente de sortie fixe 43 est aussi prévue, laquelle est formée par la partie de soutien 40. En partant des trois jeux de conduits annulaires 44, 45 et 46, les flux polymères C et D parviennent à la partie rotative 40 en passant par les conduits 47 et 48 et pénètrent dans les trois chambres annulaires 49 et 50 dont la dernière se prolonge en une fente de sortie fixe 43. Chacune des chambres 49 se compose d'une partie fixe 40 et d'une partie rotative 41 ou 42.
Par l'intermédiaire des conduits 51 dans les parties rotatives 41 et 42, chacune des chambres 49 communique avec l'une des deux chambres annulaires 52 des parties rotatives et chaque chambre 52 se termine en une fente de sortie 53 et 54 respectivement.
Les flèches 55 et 56 indiquent le sens de rotation.
Après avoir quitté la matrice, les trois pellicules tubulaires sont réunies les unes aux autres au moment où les deux.. pellicules formées du flux C sont soumises à une torsion due à la rotation des parties 41 et 42.
A partir de l'extérieur et de 1'intérieur de la partie
40, l'air est amené par des conduits 55 se terminant en orifices
56. Pour plus de clarté, les conduits 55 provenant de l'extérieur de la partie 40 ne sont pas représentés. Par l'intermédiaire d'autres conduits 57 des parties 41 et 42, l'air est amené par des fentes de sortie 58 et 59 entre la partie fixe 40 et les parties rotatives 41 et 42. Les conduits de la partie 42 ne sont pas reproduits pour plus de clarté. Les poches d'air annulaires ainsi créées entre les couches adjacentes empêchent la rotation des pellicules polymères externe et interne se pliant sur la couche médiane immédiatement à l'extérieur des fentes de sortie.
La pellicule extrudée est de préférence insufflée et un refroidissement par air tant interne qu'externe est appliqué. Le dispositif de la figure 2 est ordinairement plus simple à mettre en service que celui.de la figure 3, bien que ce dernier offre certaines possibilités spéciales. L'une de celles-ci est l'utilisation d'un polymère expansé pour la couche médiane et une autre possibilité consiste à prévoir un grain longitudinal
(c'est-à-dire un sens longitudinal de possibilité de clivage)
dans cette couche, si bien que trois grains sont présents dans la feuille. La présence de trois sens au lieu de deux en liaison avec la tendance préférable à délaminer, augmente fortement la résistance à la propagation du déchirement. Au surplus, l'atténuation est finie plus effectivement avant la lamination, ce qui, comme mentionné précédemment, est avantageux.
La figure 4 représente une matrice d'extrusion 60 rotative et formée annulairement. Par l'intermédiaire d'une partie fixe de la matrice d'extrusion (non reproduite) qui est jointe par scellement à la partie rotative 60, on introduit un mélange polymère dans une rainure circulaire 61 et on l'amène à la fente. de sortie 62 par des conduits 63 séparés par de minces cloisons <EMI ID=17.1>
tendent radialement, comme représenté, mais forment en réalité un angle avec les plans radiaux pour éviter des lignes de matrice dans la feuille résultante. Un mandrin 65 est fixé par des orga-
<EMI ID=18.1>
longitudinal de possibilité de clivage et est façonnée sous une forme tubulaire autour du mandrin 65. Pour plus de clarté, un espace est prévu entre le mandrin 65 et la feuille façonnée 66, mais, bien entendu, la feuille s'applique étroitement sur le mandrin. La feuille 66 est tirée, par l'intermédiaire de la matrice d'extrusion, sur le mandrin 65, comme indiqué par la flèche 67. Lorsque la pellicule polymère 70 encore fluide quitte la fente de sortie rotative 62, elle est captée par la feuille façonnée 66 par suite de la rétention élastique du mélange polymère atténué, s'enroule ainsi autour de la feuille façonnée et avance avec celle-ci, en créant un sens hélicoîdalement tournant de possibilité de clivage, indiqué par les flèches 68.
Le sens de la possibilité de clivage de la feuille façonnée préformée 66 est indiqué par les flèches 69.
La résistance à la liaison peut être contrôlée, par exemple, en co-extrudant une couche adhésive avec la pellicule
66. A un niveau de température suffisamment élevé du mandrin 65, la lamination de la feuille peut être réalisée uniquement avec celui-ci. Toutefois, la pellicule 70 est souvent refroidie brusquement sur le mandrin, cas dans lequel la température de ce dernier peut être insuffisante pour le soudage des deux pellicules
66 et 70 l'une à l'autre. La lamination peut par conséquent être complétée par un soudage à chaud ou à froid après que les pellicules aient quitté le mandrin 65.
Par l'expression "direction de la machine", on entend le sens d'avancement de la feuille 66.
Le diagramme de fonctionnement de la figure 5 montre schématiquement les différents stades d'un procédé préféré dans lequel l'emploi de pièces de matrice rotatives est évité. Les deux derniers stades peuvent être effectués selon le procédé d'allongement à froid indiqué par la ligne de fabrication de la figure 6, où la section "0" est la ligne d'allongement transversal et la section "R" est la ligne d'allongement longitudinal.
Le système de cylindres de la section "Q" comprend des cylindres de prise commandés 71, des cylindres rainurés commandés 72, des cylindres de guidage 73 et des cylindres 74 dont la section longitudinale ressemble à une banane. Les cylindres 74 en banane servent, après chaque stade, à effacer les plis produits par l'allongement latéral. En passant sur le cylindre de guidage 75, la pellicule 79 entre dans la section "R", soit la ligne d'allongement longitudinal, où elle passe à travers un bain d'eau 76 servant à
<EMI ID=19.1>
température d'allongement appropriée, par exemple, 20 à 40[deg.]C.
Finalement, elle est enroulée sur une bobine 77.
La flèche 78 indique le sens de la machine.
Une paire de rouleaux rainurés commandés 72 sont reproduits à la Figure 7, la pellicule 79 étant pressée et allongée entre les dents 80 de ces rouleaux 72.
A la figure 8, les longueurs relatives des flèches
<EMI ID=20.1>
relatives de l'orientation définie par le procédé d'allongement biaxial représenté aux figures 6 et 7.
Quant à la figure 8 et à la figure 9, les nombres et II désignent les stries A et B citées plus haut, lesquelles ont en général une largeur variable et un caractère inégal. En outre, il faut noter que les couches externes 81 et 82 de la pellicule
79 ne sont pas toujours symétriques par rapport à la mince couche médiane 83. Cette asymétrie sert d'ailleurs à créer une bifurca-tion du déchirement.
Pour des raisons économiques, la présente invention est particulièrement utile avec des mélanges qui contiennent principalement des polyoléfines cristallines. Pour la plupart des applications communes, les meilleurs mélanges sont ceux de polypropylène et de polyéthylène à haute ou basse densité. Le rapport de mélange qui doit être utilisé et le polyéthylène à basse densité et à haute densité qui doit être utilisé, dépendent de la rigidité désirée, de la faible résistance à la température et en général des propriétés de résistance qui sont particulièrement désirées. En vue d'obtenir une résistance de cohésion suffisante dans chaque couche, le polypropylène doit être un copolymère semi-compatible avec le polyéthylène, par exemple, du polypropylène avec 2 à 5% en poids d'éthylène, ou bien il faut utiliser un agent d'alliage approprié.
A cet égard, il suffit de maintenir une grandeur élevée de modification atactique dans le polypropylène iso(syndio)tactique au cours de la fabrication de ce polymère, au lieu d'éliminer cette "impureté" , comme on le fait normalement. Un but spécial de l'invention consiste en ce que le polypropylène à teneur élevée en matière atactique peut être largement rendu utile. D'autres agents d'alliage ont été cités plus haut dans le présent mémoire.
Economiquement intéressants sont aussi des mélanges de polypropylène avec un élastomère, par exemple, le caoutchouc éthylène-propylène, le copolymère éthylène-acétate de vinyle, le polyisobutylène ou un caoutchouc thermoplastique basé sur le butadiène-styrène.
Lorsqu'une résistance particulièrement élevée aux basses températures et/ou une souplesse élevée sont désirées, des mélanges de polyéthylène à basse densité avec un caoutchouc semi-compatible sont préférables. On notera que le mélange ne doit pas être formé nécessairement par un brassage mécanique, mais peut être formé au cours du procédé de polymérisation. Ainsi, un poly-propylène à teneur extrêmement élevée en composant atactique peut être utile sans aucune autre addition, et les procédés de polymérisation connus, qui visent à préparer des mélanges de polypropylène, de polyéthylène et de polymères en bloc formés d'éthylène et de propylène, peuvent aussi être adaptés.
En considérant des polymères autres que ceux des groupes polyoléfiniques, les combinaisons suivantes sont utiles, par exemple, pour des buts spéciaux : a) polyester/polyamide ou polyuréthane, b) polyester ou polyamide/polycarbonate. et c) copolymères de vinylidène en différentes combinaisons.
En plus des couches à morphologie spéciale comme mentionné ci-dessus, des couches présentant des propriétés spéciales peuvent aussi être u tilisées. Ainsi, il est presque toujours avantageux de co-extruder de minces couches superficielles d'un composant adhésif approprié en vue de permettre le scellement du lamifié sans réaliser l'orientation. Comme autre exemple, il est aussi fréquemment nécessaire ou avantageux, spécialement pour l'emballage de denrées alimentaires, d'ajouter une ou plusieurs couches spéciales pour améliorer les propriétés de barrière.
Le lamifié à haute résistance conforme à l'invention
a une valeur particulière pour les sacs et les sachets et son utilisation est considérée comme avantageuse dans les domaines suivants :
1) Emballage pour denrées alimentaires : sachets très résistants pour aliments, en général par lui-même ou combiné avec du papier; emballage pour denrées alimentaires congelées.
2) Emballage pour des produits autres que des aliments:
sacs d'engrais, sacs de ciment, sacs de produits chimiques de valeur, par exemple, des granulés plastiques, sacs pour des pro-
<EMI ID=21.1>
<EMI ID=22.1>
ques d'acier, emballage de tapis, emballage de balles, par exem-ple, de coton, de laine, emballage de vieux meubles, sacs d'épicerie, emballage individuel de pièces de machine, d'armes, etc., sacs de stérilisation pour les objets lourds ou acérés et des produits divers, par exemple, pour les textiles, les appareils, les papiers, les drogues, les savons, les objets de toilette et le tabac.
3) Emballage tel que des conteneurs, dans lequel au moins une partie est un lamifié : emballage rétrécissable et allongeable pour des palettes, sacs de détritus, en particulier sacs de compactage, emballages industriels pour expédition.
4) Autres usages que l'emballage : pellicule de fumigation, transformation de sol pour le contrôle de l'érosion, revêtement d'étangs, réservoirs d'eau et construction de canaux, assise pour routes, écrans contre le vent, pellicule de serre, pellicule de protection des plantes (agriculture et horticulture), couvertures sur des dépôts de produits horticoles et agricoles tels que le fourrage ou des matières telles que le sel, protection des animaux contre les intempéries, vêtements de pluie, tentes, structures architecturales gonflables, structures gonflées d'eau, structures flottables plus légères que l'air, formation
de nervures (architecturales), vases peu coûteux, coussins et matelas comme éléments de remplissage pour des cargaisons, bâches pour wagons ferroviaires, bâches pour camions, protection contre les intempéries sur des bâtiments en construction, barrières retenant l'eau sur des constructions de ciment en vue de retarder le séchage, isolation de toits sous les bardeaux, isolation de chambres de réfrigération, pellicules pour la construction de maisons, carreaux de plafond, papiers de construction en général
(lamination avec du papier), piscines à ciel ouvert bon marché
et rubans industriels.
Dans les exemples ci-après, tous les pourcentages sont' en poids.
Exemple 1
Une pellicule tubulaire à trois couches est extrudée et a la composition suivante : couche médiane (70% du total).
Mélange de 85% de polypropylène isotactique du type en phase gazeuse ("Novolen") à haute teneur atactique avec 15% de copolymère éthylène-acétate de vinyle (16% d'acétate de vinyle). Deux couches superficielles (l'une de 10% du total, l'autre de 20% du total) : copolymère éthylène-acétate de vinyle (16% d'acétate de vinyle) pour servir de couches adhésives. Le polypropylène a un indice de fusion de 0,3-0,6 conformément à ASTM D 12 38 L (A3TM = American Society for Testing Materials), tandis que le copolymère éthylène-acétate de vinyle a un indice de fusion de 2,5 conformément au même ASTM, mais point E. La pellicule tubulaire est
<EMI ID=23.1>
et est étirée jusqu'à 0,130 mm à l'état fondu . Le rapport d'insufflation est maintenu'très bas à savoir 1,2/1. Ensuite, elle est coupée hélicoîdalement en une pellicule plane d'un angle de grain de 45[deg.]. Deux pellicules de ce type coupées hélicoîdalement dont les grains sont perpendiculaires l'un à l'autre, les couches superficielles plus minces se faisant face l'une l'autre, sont amenées ensemble à 20[deg.]C à travers sept jeux de "cylindres rainurés" - voir figures 6 et 7. La largeur de chaque rainure est de 1 mm et la largeur de chaque arête est de 0,5 mm. L'engrènement des arêtes l'une dans l'autre (différence de niveau entre les sommets) est de 2 mm. Entre chaque passage à travers un jeu de cylindres rainurés, les plis formés dans le lamifié sont redressés.
Grâce au travail mécanique entre les cylindres rainurés et par suite des couches de copolymère qui agissent comme un adhésif, les deux pellicules sont soudées à froid ensemble avec une résistance de liaison relativement basse - résistance à l'arrachage mesurée à 10 g/cm - et sont en même temps étirées d'une manière croisée. Après les sept passages à 20[deg.]C, la pelli.-cule passe une fois à travers un jeu similaire de cylindres rainurés, de mêmes dimensions et d'un même engrènement, mais qui
<EMI ID=24.1>
sont formées.
Finalement, le lamifié est orienté longitudinalement par étirage en trois stades, l'entaille d'allongement étant d'environ 1 cm (de façon à minimiser la contraction croisée). Le dernier allongement est réglé de façon que le rapport de l'allongement latéral à froid total et le rapport de l'allongement longitudinal à froid total soient égaux, de sorte que le produit de ceux-ci, c'est-à-dire le rapport allongement-zone est de 2,4/1.
Les résultats des essais effectués à l'aide du produit sont comparés avec ceux d'une pellicule de polyéthylène à basse densité à 85%, qualité sac et très résistante, ayant un poids au mètre carré plus élevé et un indice de fusion de 0,3, conformément au même ASTM E. Calibre : 100 g/m<2> pour le lamifié et
185 g/m<2> pour la pellicule de polyéthylène.
Résistance à l'impact (mesurée par une balle de chute d'un diamètre de 61 mm et d'un poids de 320 g); pour les pellicules lamifiées de 100 g/m<2> : 5,5 m .
Pour la pellicule de polyéthylène de 180 g/m<2> : 2,0 m. Résistance de déchirement à la languette : (déchirement à une vitesse de 100 mm par minute, largeur de l'échantillon total
5 cm, longueur de l'incision 10 cm).
Pour la pellicule lamifiée de 100 g/m<2> : 5,9 kg dans le sens de la machine et 6,8 kg dans le sens transversal.
Pour la pellicule de polyéthylène de 180 g/m<2> : 1,3 g.
Résistance au déchirement d'Elmendorf (déchirement par choc) : (cet effet est une modification de norme visant à un déchirement plus symétrique). Résultats :
Pour la pellicule lamifiée de 100 g/m<2> : 441 kg.cm/cm<2> dans le sens longitudinal et 344 kg.cm/cm<2> dans le sens transversal.
Pour la pellicule de polyéthylène de 18Q g/m<2> : 167 kg.cm/cm<2> dans le sens longitudinal et 172 kg.cm/cm<2> dans le sens transversal.
Lorsqu'une pièce de feuille est délaminée par arrachage et que la structure est examinée au microscope, les couches principales montrent une morphologie fibreuse prononcée avec des sens de grain en zigzag.
Exemple 2
Le procédé de l'exemple 1 est répété en apportant les modifications ci-après.
La pellicule co-extrudée à trois couches a la composition suivante : couche médiane (70% du total) : mélange de 85% de polypropylène isotactique (même type qu'à l'exemple 1) avec
15% de caoutchouc éthylène-propylène (absolument même indice de fusion que celui du propyl ène); deux couches superficielles
(chacune de 15% du total) : copolymère éthylène-acétate de vinyle (même type qu'à l'exemple 1). La pellicule est plus fortement atténuée après la sortie de la matrice, notamment par étirage
de 1 mm d'épaisseur à 0,065 mm (60 g/m<2>).
Les examens à la lumière polarisée montrent que l'orientation de la masse fondue produite correspond à un étirage
à froid uniaxial d'environ 35%. Après la coupe en spirale de cette pellicule, deux pellicules sont liées à une troisième pellicule pour produire un lamifié à trois plis. La troisième couche, qui est placée dans le milieu, a une direction de grain longitudinal déterminée par une coupe longitudinale de la même pellicule. La lamination et l'étirage sont effectués à l'aide de la machine de l'exemple 1, mais tous les stades sont réalisés à
20[deg.]C et l'appareil est réglé pour produire un rapport allongementzone total de 2,5/1, de sorte que l'épaisseur finale du lamifié est de 72 g/m<2>. La résistance à l'arrachage de la liaison entre'- <EMI ID=25.1>
montrent une structure similaire à celle de l'exemple 1. Les résultats suivants ont été obtenus :
<EMI ID=26.1>
Exemple 3
Une série de feuilles à base toutes de mélanges polyoléfiniques est produite à l'aide de la matrice d'extrusion de la figure 2. Le diamètre de la fente de sortie 21 de la matrice est de 130 mm et la largeur de cette fente est de 1 mm. La plus grande largeur de la chambre de réception 38 est de 4 mm, ce qui signifie que la grandeur de l'atténuation au cours du passage à travers la chambre de réception vers la fente de sortie est plus petite que ceci est préférable. La température d'extrusion est de
240[deg.]C environ.
Après la coupe longitudinale de la pellicule tubulaire, l'allongement est tout d'abord effectué latéralement au cours de quatre à huit stades, puis longitudinalement durant deux à quatre stades, en utilisant le même équipement que celui des exemples
1 et 2. La composition, la largeur du tube à plat (mesure du rapport d'insufflation), la température de l'allongement, le rapport de l'allongement et les résultats sont donnés au tableau cidessous où "Nov" signifie Novolène, qui est un polypropylène polymérisé en phase gazeuse à teneur relativement élevée en modification atactique; "PE" signifie polyéthylène à basse densité; "EPR" représente un caoutchouc éthylène-propylène et "SA 872", "7823" et "8623" sont des types différents de polypropylène à teneurs mineures en éthylène polymérisé. Ensuite, "EPR/PE"représente un mélange 50/50 de caoutchouc éthylène-propylène et de polyéthylène à basse densité.
Le fait que même les meilleurs échantillons de cet exemple sont généralement inférieurs à ceux des exemples 1 et 2, est expliqué par une atténuation totale à chaud moins uniaxiale. Une certaine atténuation à chaud biaxiale est inévitable au cours de cette opération, puisque les flux sont tout d'abord joints l'un à l'autre à l'intérieur de la matrice selon une relation d'entrecroisement, puis atténués à chaud durant le passage à travers la sortie et immédiatement après. D'autre part, ce procédé est particulièrement simple à mettre en oeuvre.
<EMI ID=27.1>
<EMI ID=28.1>
<EMI ID=29.1>
<EMI ID=30.1>
<EMI ID=31.1>
<EMI ID=32.1>
<EMI ID=33.1>
<EMI ID=34.1>
Légende de la figure 5.
101. Extrusion et atténuation longitudinale d'une pellicule tubulaire
K et co-extrusion de couches adhésives.
<EMI ID=35.1>
co-extrusion de couches adhésives.
/tubulaire
<EMI ID=36.1>
co-extrusion de couches adhésives.
<EMI ID=37.1>
<EMI ID=38.1>
<EMI ID=39.1>
lo6. Coupe de la pellicule tubulaire solidifiée hélicoîdalement et
dépliage en une pellicule plane M'.
107. Lamination en une feuille où le grain oblique (sens de possibi-
<EMI ID=40.1>
d'entrecroisement.
108. Allongement latéral à froid en plusieurs stades par des cylindres rainurés.
109. Allongement longitudinal à froid pour équilibrer et permettre
la contraction transversale.
REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'un lamifié, caractérisé er.
ce qu'il consiste à extruder au moins deux couches de mélange
polymère fondu, se composant chacune d'un mélange de polymères
qui sont incompatibles dans une mesure telle qu'au cours de la
solidification, le mélange comprenne une dispersion d'un polymère
dans une matrice polymère, à atténuer chaque couche à chaud, avan
pendant ou après l'extrusion pour distordre les particules de chaque couche en une structure granulaire fibrillaire ayant un sens
prédominant de possibilité de clivage après la solidification en
une pellicule, à lier les couches de façon que les sens prédominants soient transversaux l'un par rapport à l'autre, à solidifie:
les couches si elles ne le sont pas déjà et à orienter biaxialement le lamifié résultant en l'orientant au cours de stades en
substance uniaxiaux, l'orientation/axiale étant réalisée à une
température suffisamment basse pour maintenir le sens prédominant
de possibilité de clivage de chaque pellicule et la liaison étant
suffisamment faible pour permettre la délamination locale de la
pellicule lors d'un déchirement du lamifié.