CH501482A - Procédé de fixation électrostatique d'une pellicule à un élément, appareil pour la mise en oeuvre du procédé et application de ce procédé - Google Patents

Description

  
 



   Procédé de fixation électrostatique d'une pellicule à un élément, appareil pour la mise en oeuvre du procédé et application de ce procédé
 La présente invention a pour objet un procédé de fixation électrostatique d'une pellicule d'une matière isolante, par exemple d'une matière thermoplastique, à un élément d'un appareil de traitement de pellicules, un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé, et une application de ce procédé.



      L'expression   fixation électrostatique  > y est utilisée    pour indiquer l'attraction électrostatique d'une pellicule vers et contre une surface, habituellement un tambour ou un rouleau. On obtient cet effet d'une façon connue en chargeant électrostatiquement une pellicule qui est avancée en direction d'un rouleau rotatif et, du fait que le rouleau est mis à la terre, la pellicule est attirée contre sa surface. La fixation est utilisée pour refroidir une pellicule qui vient d'être extrudée, c'est-àdire à l'état plastique, à mesure qu'elle s'approche d'un tambour de coulée poli, et elle aide à donner le fini voulu à la pellicule.

  La fixation électrostatique est également utile dans un appareil de traitement de pellicules pour empêcher le glissement d'une pellicule sur la surface d'un rouleau qui fait partie d'un agencement destiné à appliquer une tension à la pellicule.



   La charge électrostatique est appliquée à une pellicule en mouvement au moyen d'une décharge à partir d'une électrode mince maintenue à un potentiel positif élevé par rapport à la terre. Couramment, l'électrode a la forme d'un fil métallique de petit diamètre ou d'une rangée de fils métalliques pointus. L'appareil de traitement de pellicules est au potentiel de la terre. Par conséquent, la pellicule chargée en mouvement est attirée électrostatiquement vers la surface de l'élément de la machine mis à la terre, vers lequel la pellicule s'avance et elle y est fermement fixée.



   Avec l'utilisation de la fixation électrostatique, il se pose un problème qui est particulièrement aigu dans la coulée de pellicules. La charge voulue est appliquée à la pellicule par un processus de décharge ionique limitée se produisant à l'électrode ou   fil métallique de fixation    > y    telle qu'on l'appelle parfois. Cette décharge ionique limitée se transforme parfois en arc, peut être à cause des changements d'humidité, de la pression de l'air ou des paramètres de traitement. L'arc peut s'étendre à une partie du tambour qui n'est pas recouvert par la pellicule, et dans ce cas il se forme une ligne (partie non fixée) en travers de la largeur de la pellicule qui provoque sa rupture. Un arc peut également perforer la pellicule en la rendant impropre à de nombreuses applications.



   La présente invention a pour but d'obvier à ces inconvénients et d'améliorer la fixation électrostatique, telle qu'elle est utilisée par exemple dans un équipement de coulée de pellicule pour réduire au minimum ou éviter l'amorçage d'un arc.



   Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que   l'on    maintient un gradient raide de potentiel élevé à une électrode de fixation au voisinage dudit élément pour créer une décharge ionique afin de charger la pellicule, et que   l'on    maintient une tension entre l'élément et l'électrode de fixation qui est sensiblement inférieure à celle nécessaire pour engendrer la décharge ionique, mais qui est suffisante pour provoquer la fixation de la pellicule chargée sur ledit élément, de façon à réduire au minimum la possibilité   d'un    amorçage d'arc sur ledit élément.



   L'appareil selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un élément auquel la pellicule doit être fixée, une électrode de fixation disposée au voisinage, mais à distance, dudit élément pour charger électrostatiquement la pellicule, un premier moyen au voisinage de rélectrode de fixation pour engendrer autour de cette dernière un gradient raide de champ électrique d'ionisation, un second moyen pour maintenir une première tension entre l'électrode de fixation et le premier moyen, et un troisième moyen pour maintenir une seconde tension  inférieure à la première entre l'électrode de fixation et ledit élément, afin de réduire au minimum les possibilités d'un amorçage d'arc vers ledit élément, tout en maintenant l'efficacité d'ionisation de l'électrode de fixation.



   L'application du procédé selon l'invention à la fabrication de pellicules de matière plastique, à partir d'une filière pour extruder une pellicule de matière plastique molle que   l'on    amène sur un tambour de coulée espacé de ladite filière, est caractérisée en ce que   l'on    place l'électrode de fixation au voisinage du tambour et du trajet suivi par la pellicule sortant de la filière et s'approchant du tambour de coulée.



   Le dessin ci-joint illustre à titre d'exemple une forme particulière de cette application du procédé.



   La fig. 1 est un schéma d'un appareil de coulée de pellicule,
 la fig. 2 est un schéma de montage effectif de l'appareil de la fig. 1.



   Une filière d'extrusion 10 (fig. 1) est disposée à une courte distance (5 à 7,6 cm) d'un tambour de coulée 12.



  Le tambour est supporté par des paliers isolés et peut comporter un dispositif de refroidissement par liquide.



  Des moyens (non représentés) font tourner le tambour 12 à la vitesse voulue.



   Une électrode de fixation 14 est disposée à une courte distance d'une pellicule F, entre la filière d'extrusion 10 et le tambour 12. L'électrode 14, de préférence un mince fil, est disposé parallèlement au tambour, mais cette électrode peut comprendre de nombreux fils pointus disposés en une rangée perpendiculaire à la figure. La borne positive d'une source 16 de courant continu à haute tension est connectée à l'électrode de fixation.



  La borne négative de la source est mise à la terre, et il en est de même de la filière 10. Une résistance   R3    est montée entre le tambour 12 et la terre.



   La pellicule sortant de la filière 10 s'approche du tambour de coulée 12 en métal parfaitement poli. Bien que dans certains cas il puisse présenter une enveloppe isolante. il a une surface métallique à découvert dans l'appareil représenté. Le potentiel élevé appliqué à l'électrode de fixation 14 engendre un gradient de potentiel raide dû au petit diamètre du fil métallique, de sorte que l'air situé autour de l'électrode est ionisé. Les ions chargés positivement se trouvant dans l'air sont transférés vers la surface de la pellicule en y abandonnant une charge positive. Ce processus de charge de la pellicule atteint une position tangente au tambour et vient à son contact.

  Lorsque la pellicule chargée atteint le tambour, elle est fermement attirée électrostatiquement contre le tambour, du fait que le tambour est à un potentiel négatif de plusieurs milliers de volts par rapport à l'électrode. A ce stade, la pellicule est molle et le tambour est parfaitement poli, de sorte que cette attraction donne à la pellicule une surface lisse.



   La charge de la pellicule se dissipe graduellement (d'une façon incomplète) pendant le déplacement de la pellicule avec le tambour. Cette charge est recueillie par le tambour. Le courant ainsi obtenu passe à la terre par l'intermédiaire de la résistance   Rs.    Ce courant produit une chute de tension dans la résistance   R3    qui constitue une grande partie de la tension de la source d'énergie.



  Ceci produit immédiatement deux effets: premièrement, le tambour fonctionne à un potentiel différent de celui de l'électrode de fixation 14, c'est-à-dire inférieur à celui qu'il présenterait si le tambour 12 était mis à la terre.



  Deuxièmement, il se produit une ionisation efficace à l'électrode de fixation due au gradient du champ électrostatiqùe autour du mince fil métallique constituant l'électrode 14. Ce gradient de champ est maintenu à une efficacité pratiquement maximale par la filière d'extrusion mise à la terre. La décharge ionique se produisant à l'électrode de fixation reste suffisamment efficace pour charger la pellicule et la pellicule, qui s'avance, est fixée électrostatiquement au tambour, du fait que ce dernier est maintenu à un potentiel négatif élevé par rapport à l'électrode de fixation; mais étant donné que la résistance   R3    réduit la différence de potentiel entre l'électrode de fixation et le tambour de coulée, la tendance à l'amorçage d'un arc est réduite au minimum.



  En effet, si un changement des conditions ambiantes devait provoquer une augmentation du courant passant à travers le tambour, de manière à s'approcher d'un niveau favorisant l'amorçage d'un arc, cette augmentation du courant produit une chute de tension accrue dans la résistance R3. Par conséquent, la tension entre l'électrode de fixation et le tambour de coulée est encore réduite par toute augmentation de courant qui pourrait favoriser l'amorçage d'un arc et la diminution de la différence de tension renverse le sens de la variation tendant à   Pamor-    çage d'un arc.



   L'attraction de la pellicule contre le tambour a également pour effet de créer une résistance de frottement de la pellicule par rapport à un glissement, comme celui qui pourrait se produire si la pellicule était tirée à l'écart du tambour 12. Un tel effet est avantageux lorsqu'une tension doit être appliquée à la pellicule entre un rouleau, comme le tambour 12, et une autre partie de l'appareil de traitement de pellicules, représentée dans ce cas schématiquement par un rouleau 18. En entraînant le rouleau 18 à une vitesse légèrement supérieure à celle du tambour 12, une tension est appliquée à la pellicule F.



   Il serait possible de disposer des résistances dans d'autres parties du circuit de façon à créer une diminution de tension, lorsqu'il se présente des conditions dans lesquelles l'amorçage d'un arc est imminent. Par exemple, une résistance R1 pourrait être intercalée sur le conducteur relié à l'électrode de fixation, ou bien une résistance   RS    pourrait être intercalée dans la connexion de retour à la terre de la source à haute tension 16.



  Ces résistances provoqueraient de plus fortes chutes de tension, chaque fois que le courant commence à augmenter de façon à approcher les niveaux favorisant l'amorçage d'un arc, mais il est particulièrement avantageux de disposer la résistance entre le tambour de coulée et la terre. On peut le comprendre d'après l'analyse suivante:
 Sur la fig. 2, les trois résistances   Rr,      R.    et   R3    sont représentées. Les résistances R1 et   R2    sont hypothétiques et sont représentées en traits interrompus sur la fig. 1. On va supposer qu'il s'agit de résistances d'une valeur de 1 mégohm et que la source 16 fournit 10 kilovolts et qu'il existe normalement un courant d'une intensité de 1,0 milliampère.

   Dans le courant de la fig. 2,   Rx    est la résistance effective entre le fil métallique de fixation 14 et la filière 10 et R, est la résistance effective entre le fil de fixation et le tambour 12. Ces deux résistances sont variables et toutes deux sont d'une très grande valeur. Une tension Vp aux bornes de l'électrode de fixation 14 doit être de 9,5 kilovolts pour qu'il se produise une fixation efficace.  



  Condition I
 Si   l'on    considère que les résistances   R2    et R3 ne sont pas utilisées et ont par conséquent une valeur nulle sur la fig. 2 et si   l'on    considère que la résistance R1 est montée dans le circuit:
   Vp    = V-V1
   Vp      = 10 x 103-1 X 103   
   VD    = 9 KV
   Vl    =   IR,   
   V1    =   (1 X 10-3)      (1 X 106)   
 V1 = 1 X 103
 Etant donné que   Vp    est inférieure à 9,5 kilovolts, on n'obtient pas une bonne fixation. En outre, à mesure que le courant a tendance à augmenter,   Vp    a tendance à diminuer.



  Condition Il
 Si   l'on    considère que seule la résistance R2 est utilisée, les résistances   Rt    et R3 ont une valeur nulle sur la fig. 2. L'analyse est la même que ci-dessus. R2 provoque une chute de tension de 1,0 kilovolt. Ceci laisse une tension de fixation inappropriée   Vp    de 9,0 kilovolts qui a tendance à être encore réduite lorsqu'il se présente des conditions favorisant l'amorçage imminent d'un arc.



  Condition 111
 Si   l'on    suppose que les résistances R1 et R2 ont une valeur nulle sur la fig. 2 (condition de la fig. 1), alors   Vu = 10 kilovolts, de sorte qu'il règne de bonnes conditions de décharge ionique à l'électrode de fixation.   



  Cependant, si R, a tendance à diminuer et à indiquer des conditions favorisant l'amorçage iminent d'un arc,   V3    augmente. La diminution qui en résulte de Vv a tendance à supprimer l'amorçage d'un arc. Par conséquent, le circuit de la fig. 1 a deux avantages distincts par rapport à un circuit de fixation utilisant un tambour de coulée mis à la terre: la condition normale est celle dans laquelle l'électrode de fixation fonctionne à un niveau de potentiel avantageux pour produire la décharge ionique utilisée pour charger électrostatiquement la pellicule, alors que la tension ayant tendance à provoquer l'amorçage d'un arc vers le tambour est réduite, de fa çon à réduire ou à éviter des conditions favorisant l'amorçage d'un arc.

   Deuxièmement, en cas d'augmentation du courant laissant supposer une variation tendant à l'amorçage d'un arc, il se produit une augmentation de la tension V3 et une diminution de la tension   Vv,    qui est ainsi moins capable de produire un arc; et en même temps, la tension de fixation   Vp    reste élevée, et par conséquent efficace pour la fixation électrostatique.



   Dans un exemple, les dimensions d'une machine de coulée utilisant les tensions sus-mentionnées sont les suivantes: le fil de fixation 14 a un diamètre de   0,2 mm;    l'espace entre le fil métallique et la filière est d'environ 25 mm, l'espace entre le fil métallique et le tambour est compris entre 9,5 et 12,7 mm, l'espace entre le fil métallique et la pellicule est compris entre 9,5 et 12,7 mm. 

Claims (1)

1. REVENDICATIONS

   I. Procédé de fixation électrostatique d'une pellicule d'une matière isolante à un élément d'un appareil de traitement de pellicules, caractérisé en ce que l'on maintient un gradient raide de potentiel élevé à une électrode de fixation au voisinage dudit élément pour créer une décharge ionique afin de charger la pellicule, et que l'on maintient une tension entre l'élément et rélec- trode de fixation qui est sensiblement inférieure à celle nécessaire pour engendrer la décharge ionique, mais qui est suffisante pour provoquer la fixation de la pellicule chargée sur ledit élément, de façon à réduire au minimum la possibilité d'un amorçage d'arc sur ledit élément.

   11. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication I, caractérisé en ce qu'il comprend un élément auquel la pellicule doit être fixée, une électrode de fixation disposée au voisinage, mais à distance, dudit élément pour charger électrostatiquement la pellicule, un premier moyen au voisinage de l'électrode de fixation pour engendrer autour de cette dernière un gradient raide de champ électrique d'ionisation, un second moyen pour maintenir une première tension entre l'électrode de fixation et le premier moyen, et un troisième moyen pour maintenir une seconde tension inférieure à la première entre l'électrode de fixation et ledit élément, afin de réduire au minimum les possibilités d'un amorçage d'arc vers ledit élément, tout en maintenant l'efficacité d'ionisation de l'électrode de fixation.

   III. Application du procédé selon la revendication I, à la fabrication de pellicules de matière plastique à partir d'une filière pour extruder une pellicule de matière plastique molle que l'on amène sur un tambour de coulée espacé de ladite filière, caractérisée en ce que l'on place l'électrode de fixation au voisinage du tambour et du trajet suivi par la pellicule sortant de la filière et s'approchant du tambour de coulée.

   SOUS-REVENDICATIONS 1. Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que l'on diminue la différence de tension entre l'élément et l'électrode de fixation à mesure que le courant de l'élément augmente.

   2. Appareil selon la revendication Il, caractérisé en ce que le second et le troisième moyen comprennent une source d'énergie mise à la terre et que le premier moyen comprend une partie de l'appareil mise à la terre, le troisième moyen maintenant l'élément à un potentiel compris entre le potentiel de la terre et le potentiel de l'électrode de fixation.

   3. Appareil selon la revendication Il, caractérisé en ce qu'il comprend une source à haute tension qui fournit une tension supérieure à celle nécessaire pour la fixation électrostatique, et une résistance intercalée dans le circuit de maintien de la tension pour réduire le potentiel de l'appareil de traitement de la pellicule, la diminution du potentiel augmentant automatiquement avec l'augmentation de la tendance qu'a l'appareil à passer à un état favorisant l'amorçage d'un arc.

   4. Appareil selon la revendication Il, caractérisé en ce que le troisième moyen comprend une source de courant continu et une résistance connectée entre l'élément et la source de courant, le second moyen présentant des connexions qui excluent cette résistance.

   5. Application selon la revendication III, caractérisée en ce que l'on connecte le pôle positif d'une source à l'électrode de fixation et le pôle négatif de cette source à la terre, la filière étant également mise à la terre, et que l'on intercale une résistance entre le tambour de coulée et la terre pour augmenter le potentiel du tambour, afin de le rapprocher de celui de l'électrode de fixation en cas d'augmentation du courant de fuite.