FR2561989A1 - Stratifie multicouche arme - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UNE FEUILLE STRATIFIEE ET ARMEE. ELLE SE RAPPORTE A UNE FEUILLE STRATIFIEE COMPRENANT UN TULLE D'ARMATURE 64 PLACE ENTRE DEUX NAPPES EXTERNES 60, 62. SELON L'INVENTION, LE TULLE D'ARMATURE 64 EST FORME PAR EXTRUSION TRIPLE DE DEUX POLYMERES ADHESIFS ET THERMOSOUDABLES AUTOUR D'UNE AME D'UN POLYMERE RESISTANT, PAR EXEMPLE DE POLYPROPYLENE. APPLICATION A LA FABRICATION DES ETOFFES POUR SERVIETTES.

Description

La présente invention concerne un produit stra-

tifié sous forme d'une feuille, armé de brins composites de matière plastique, portant une couche ou -un revêtement (complet, partiel ou segmenté) d'un matériau adhésif thermosoudable, de préférence d'un polymère thermoplas- tique, ainsi que son procédé de fabrication. Les brins

sont disposés entre des couches d'un matériau de revête-

ment externe qui peut être un film de matière plastique, une feuille, par exemple d'aluminium, un papier, par exemple enduit ou chargé, un papier kraft, un papier de soie (diverses épaisseurs) ou divers matériaux analogues

à des feuilles et qui absorbent. Dans un mode de réalisa-

tion préféré, l'invention concerne des étoffes armées

pour serviette absorbante.

Les brins de matière plastique utilisés pour l'armature du produit sont formés d'un polymère d'âme ayant une résistance mécanique relativement élevée, par exemple de polypropylène ou de polyester. Les brins portent une couche ou un revêtement d'un matériau adhésif thermosoudable, par exemple un polymère qui recouvre

au moins partiellement les brins.

Les brins sont de préférence préparés par extrusion simultanée de deux ou trois matériaux formant

un matériau composite, dans une filière spéciale d'extru-

sion. Les brins peuvent être disposés sous toute forme de nappe d'armature, comme utilisé jusqu'à présent dans la technique. Cependant, il est très avantageux qu'ils

soient extrudés sous forme d'un tulle de matière plastique.

L'invention est décrite plus en détail dans la suite en référence à un mode de réalisation avantageux constituant une étoffe absorbante continue pour serviette, comprenant une étoffe à plusieurs couches armée d'un tulle continu de matière plastique, obtenu par extrusion triple. Le tulle est placé entre deux couches de papier et, par therrîosoudage et collage sous pression, l'étoffe est

-préparfe sous forme d'une feuille stratifiée.

L'extrusion continue du tulle de matière plas-

tique a commencé en 1956 environ, avec le procédé décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 2 919 467 de Mercer. Depuis cette époque, de nombreux brevets ont été délivrés aux Etats-Unis d'Amérique et dans d'autres pays, sur des perfectionnements et des compléments apportés

au procédé d'extrusion continue.

Le procédé initial d'extrusion a été mis au point suivant deux axes principaux, le premier selon lequel la feuille de matière plastique est extrudée et des trous y sont formés pour l'obtention d'une structure analogue à un tulle, et le second dans lequel des brins individuels de matière plastique sont extrudés et orientés sous forme d'un réseau connecté formant une structure

analogue à un tulle. L'invention concerne plus précisé-

ment une variante de ce second axe de réalisation.

On connait déjà des procédés pour la mise en oeuvre de cette technique et, par exemple, les brevets des Etats-Unis d'Amérique n 3 700 521, 3 767 353, 3 723 218,

4 123 491, 4 152 479 et 4 190 692 représentent des appa-

reils et des procédés de fabrication d'un tulle par

extrusion continue de brins.

Selon tous ces brevets, un jeu au moins de

brins est extrudé par plusieurs orifices individuels dis-

tants. un second jeu de brins de la structure du tulle peut être extrudé par un second jeu d'orifices individuels espacés ou un second jeu de brins peut être extrudé de préférence d'une manière périodique par une fente annulaire continue. Dans tous les cas, les deux jeux de brins sont extrudés de manière que les brins individuels se recoupent en formant un angle et constituent des raccords solidaires dans le tulle de matière plastique extrudée. La nappe plate extrudée résultante, obtenue

dans une opération, ou un tube de tulle de matière plas-

tique obtenu dans une autre opération, est refroidi afin que la matière plastique des brins durcisse, par exemple dans un bain d'eau, et le tulle est éloigné des orifices d'extrusion par des rouleaux d'emprise ou par un autre dispositif convenable de traction. Il est évident que l'espacement des brins et leur diamètre peuvent varier

à volonté.

Lors de l'extrusion d'un tube de tulle, celui-ci est habituellement tiré sur un mandrin cylindrique qui permet un étirage des brins et un agrandissement des ouvertures formées dans la structure du tulle. Cet étirage

des brins sur le mandrin assure une orientation préféren-

tielle de la matière plastique mais, en pratique, le

tulle est caractérisé en ce qu'il est de type non orienté.

Dans de nombreuses applications, il est souhaitable que les brins de tulle subissent un étirage supplémentaire et que la matière plastique soit orientée d'une manière plus importante, et l'opération peut être réalisée, par exemple dans le cas d'un tube de tulle extrudé, par chauffage et étirage longitudinal du tube afin que les brins soient allongés et orientés de manière plus importante. L'étirage du tube provoque son affaissement lorsqu'il est étiré longitudinalement. Lorsque le tube a été fendu et mis sous forme d'une nappe plate de tulle extrudé, la nappe ou feuille plate peut être chauffée et un premier jeu de brins peut être étiré et orienté dans une première direction et, dans une seconde étape séparée, le second jeu de brins peut être étiré afin qu'il soit orienté dans une seconde direction. Certains tulles de matière plastique peuvent être orientés à température ambiante mais, en pratique, le tulle est chauffé

afin que l'orientation soit accélérée et facilitée.

On a constaté de manière imprévue que des brins individuels connectés, extrudés afin qu'ils forment des structures analogues à des tulles, peuvent être extrudés simultanément, même dans des conditions présentant

un gradient de vitesse élevée, sous forme de brins lami-

naires composites. L'écoulement laminaire de plusieurs polymères, à l'aide d'une filière d'extrusion simultanée qui forme des brins individuels, donne, contrairement aux prévisions, un brin composite extrudé qui a une structure laminaire. On avait supposé que l'extrusion d'un courant laminaire par les orifices relativement petits d'une filière, couplée à l'action mécanique de cisaillement à laquelle est soumis le courant lors de la formation des brins connectés, provoquerait une perturbation de l'écoulement laminaire et un mélange des polymères avec formation d'un brin de polymère mixte, sans la structure

laminaire distinctive.

Dans un mode de réalisation préféré, l'invention concerne un produit sous forme d'une nappe stratifiée, ayant une structure analogue à un tulle et composée de brins extudés individuellement, chaque brin étant formé d'un polymère de résistance mécanique élevée, revêtu ou enrobé entre des couches externes d'une matière polymère à température relativement basse de ramollissement et de type thermosoudable, lorsque chaque brin quitte la filière du type à trois couches. Les brins et le tulle à trois couches sont appelés à "extrusion triple" dans

la suite du présent mémoire.

Des exemples de résines, ayant une résistance

mécanique élevée, et destinées à former l'âme, sont le poly-

propylène, le polyéthylène haute densité, le polyéthylène basse densité, le polyéthylène linéaire basse densité

et le polyester ainsi que des copolymères. Le polypro-

lène est une résine avantageuse à température élevée car elle a un faible coût et une faible température d'orientation. L'enrobage du polypropylène ou analogue par des résines thermosoudables telles qu'un copolymère

d'éthylène et d'acrylate de méthyle, un copolymère d'éthy-

lène et d'acétate de vinyle ou des résines ionomères telles que "Surlyn", un polyéthylène modifié commercialisé par E.I. DuPont de Nemours Co., et analogue forme un matériau composite d'armature qui peut être utilisé, entre des couches d'un matériau de révêtement externe, pour le thermosoudage et le collage sous pression de la matière

composite, avec formation d'un stratifié en feuille.

L'extrusion simultanée et plus précisément l'extrusion triple d'un produit analogue à du tulle

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sous forme d'un film est déjà connue comme décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 410 587. Cependant, ce brevet ne suggère pas que l'écoulement laminaire des polymères, par une filière ayant une fente d'extrusion simultanée ou d'extrusion triple, peut être réalisé

pour la formation de brins composites à extrusion laminaire.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la

description qui va suivre d'exemples de réalisation

et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe passant par l'axe vertical d'une partie d'une filière d'extrusion; la figure 2 est un détail agrandi d'une partie de la filière de la figure 1, dans la région cerclée 2 de la figure 1; la figure 3 est une perspective d'un produit avantageux sous forme d'un tulle tubulaire extrudé, une petite partie du tulle étant découpée suivant l'axe longitudinal afin que le procédé de découpe du tulle tubulaire et d'ouverture pour la formation d'une nappe plate de tulle soit représenté; la figure 4 est une perspective partielle du tulle aplati représenté sur la figure 3, à plus grande échelle; la figure 5 est une coupe d'un brin du tulle, suivant la ligne 5-5 de la figure 4, sous forme très agrandie; la figure 6 est une vue partielle en plan de la plaque formant la tête de filière d'extrusion; la figure 7 est une coupe partielle agrandie de la région repérée 7 sur la figure 1, le percuteur étant représenté en position basse; la figure 8 est une coupe partielle analogue à la figure 7 mais dans laquelle le percuteur est en position haute; et la figure 9 est une perspective représentant

le produit en feuille selon l'invention.

Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, des brins de matière plastique sont extrudés de façon continue, dans la direction de la machine, par plusieurs ouvertures espacées formant des orifices disposés annulairement autour d'une tête de filière

d'extrusion. Un orifice continu adjacent placé annu-

lairement autour de la tête de filière est alternativement couvert et découvert afin que, chaque fois qu'il est découvert, il forme un brin de raccordement en direction transversale. Le mécanisme qui est déplacé afin qu'il couvre et découvre en alternance l'orifice annulaire continu est appelé "percuteur" dans la suite du présent mémoire. L'extrusion obtenue à l'aide de la structure précédente est sous forme d'un tube de tulle de matière plastique qui a de façon générale des ouvertures de

forme rectangulaire, placées sur la longueur du tube.

De manière connue, la découpe du tube à l'extré-

mité éloignée de la- filière de l'extrudeuse permet la mise sous forme d'une nappe du produit, la nappe pouvant alors être soumise à des opérations d'orientation ou à un autre traitement, de manière bien connue dans la technique. On considère maintenant plus précisément les

dessins pour la description du procédé de fabrication,

dans un mode de réalisation préféré mettant en oeuvre une extrusion triple d'un réseau de brins composites formés chacun d'une structure extrudée stratifiée ayant une couche interne distincte placée entre deux couches externes d'un matériau polymère, placées de part et d'autre.

On se réfère à la figure 1; une filière annu-

laire 10 d'extrusion est représentée comme comprenant en partie une tête annulaire d'extrusion 12. La filière 10 est de type connu dans la technique et elle comprend des caractéristiques habituelles telles que des boulons de support et des structures de réglage (non représentés) de manière connue et courante. Cependant, la filière présente une différence sur un plan important. Dans la filière 10, trois réservoirs 18, 20 et 22 de matériaux polymères 18a, 20a, 22a (représentés sur la figure 2) respectivement sont maintenus sous pression, les matériaux -étant transmis à la filière par un système d'extrusion (non représenté), les courants individuels de matériaux polymères étant transmis à la filière 10 comme indiqué

vers les réservoirs placés annulairement 18, 20 et 22.

Tous ces réservoirs communiquent et dirigent un courant vers un réservoir annulaire commun 24. Le réservoir 24 reçoit les trois courants séparés de matériaux polymères 18a, 20a et 22a respectivement qui se rassemblent dans le réservoir annulaire 24 sous forme d'un écoulement laminaire à trois couches qui quitte le réservoir 24 dans un canal annulaire commun 26 d'alimentation. Ceci

est représenté plus clairement sur la figure 2 qui repré-

sente trois couches laminaires de polymères 18a, 20a et 22a qui s'écoulent. Les trois couches s'écoulent le long des lèvres de la filière portant la référence générale 28, et forment des brins composites à trois couches constituant un réseau connecté qui forme une structure tubulaire 50 analogue à du tulle, comme représenté sur

les figures 1 et 3.

Les lèvres 28 de la filière sont de préférence réalisées comme représenté et comportent, à la surface supérieure 14 de la plaque de la tête de filière, une série de portées 34 en saillie qui sont espacées et qui sont mieux représentées sur la figure 6, ces portées formant entre elles une série d'orifices inférieurs 36 de filière, disposés annulairement et par lesquels les brins 30 dans la direction de la machine sont extrudés

de façon continue par la filière.

On considère maintenant, en référence à la figure 1, l'extrusion des brins transversaux 32; les portées 34 de la plaque 14 de la tête de filière sont séparées d'une partie 38 de la filière 10 de manière qu'elles forment un passage supérieur 40 au-dessus des portées, sous forme d'un orifice annulaire continu placé tout autour de la filière. Un percuteur alternatif 42 est associé au passage supérieur 40 de la filière et il peut être baissé et levé alternativement par un dispo- sitif convenable repéré par la référence 44 afin que le passage supérieur 40 soit couvert et découvert (il est représenté découvert sur la figure 1). Le percuteur 42 vient au contact de la surface supérieure des portées

34 lors de sa course vers le bas.

Lorsque le percuteur 42 est dans sa position basse (mieux représentée sur la figure 7), le passage est fermé et seule l'extrusion continue des brins dans la direction de la machine s'effectue par les orifices inférieurs 36. qui restenttoujours ouverts afin que les brins distants 30 formés dans la direction de la machine soient extrudés de façon continue, suivant un dessin réparti annulairement comme indiqué sur les figures 1 et 3. Lorsque le percuteur 42 est levé vers sa position haute (mieux représentée sur la figure 8), le passage 40 est découvert et permet l'extrusion d'un

brin annulaire 32 en direction transversale.

Le déplacement alternatif du percuteur 42, qui est relativement rapide, assure l'extrusion à distance de brins 32 en direction transversale, reliant les brins continus 30 qui sont dans la direction de la machine, si bien qu'une structure tubulaire 50 analogue à un

tulle est formée comme représentée sur les figures 1 et 3.

Le tube résultant formé par le tulle et repéré de façon générale par la référence 50, est tiré vers le bas, à distance de la tête 12 de filière, de préférence sur un mandrin cylindrique (non représenté) et dans un bain d'eau (non représenté), avantageusement à l'aide de rouleaux d'emprise (non représentés), de manière connue dans la technique. Lorsque les brins de matière plastique ont durci, le tube formé par le tulle est de préférence fendu longitudinalement de manière cornue

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comme indiqué de façon générale par la référence 52 sur la figure 3 et est ouvert sous forme d'une feuille plate

54 dont une partie est représentée sur la figure 4.

La feuille peut être collectée sur un rouleau de manière connue (non représenté). Selon l'invention, les brins extrudés avec la filière de la figure 1 sont composites et ont une structure multicouche stratifiée comme représenté sur la figure 5, lorsque le polymère 20a est différent des polymères 18a et 22a. La structure multicouche représentée constitue la structure préférée à trois couches formées par extrusion triple, comprenant un polymère d'âme 20a, disposé entre une première couche externe 18a et une seconde couche externe 22a, toutes deux formées d'un

matériau et qui sont disposées de part et d'autre.

L'avantage imprévu obtenu est dû au fait que la structure composite laminaire formée par l'écoulement en trois couches dans le corps de la filière est conservée

et présentée par les brins extrudés même lorsque l'extru-

sion est réalisée par des orifices de formation de brins relativement petits, dans la tête 12, malgré l'action

de cisaillement assurée par le percuteur 12.

Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, les couches externes de polymère 18a et 22a

peuvent être formées de polymères adhésifs de type thermo-

soudable relativement stable et d'autres matériaux adhésifs thermosoudables qui peuvent être choisis dans le groupe

des résines adhésives et analogues. Ces matériaux, lors-

qu'ils sont sous forme polymère, sont d'un type dont la température de ramollissement est inférieure à celle du polymère d'âme, et ils comprennent par exemple un copolymère éthylène-acrylate de méthyle, un copolymère éthylène-acétate de vinyle et les chlorures de polyvinyle thermoplastique ainsi que les polyamides. Dans d'autres modes de réalisation, ils peuvent comprendre des adhésifs thermofusibles, des résines ionomères telles que "Surlyn" commercialisées par E.I. DuPont de Nemours Co., des 1 0

caoutchoucs thermoplastiques tels que "Kraton", commercia-

lisés par Shell Chemical Co., Houston, Texas, et analogues.

Le terme "polymère" est utilisé dans le présent mémoire dans son sens général qui recouvre les copolymères. Un polymère très avantageux est un copolymère d'éthylène

et d'acrylate de méthyle.

Le matériau polymère 20a d'âme peut être choisi parmi les polymères décrits de façon générale dans le présent mémoire comme étant des polymères de résistance mécanique élevée, et il peut être choisi dans le groupe comprenant par exemple le polypropylène, le polyéthylène,

le polybutylène, les polyesters, les "Nylons" et analogues.

Il faut noter que l'invention n'est pas limitée à l'utilisation des groupes précités de matériaux et qu'il existe un nombre considérable de polymères de copolymères et analogues qui entrent dans la catégorie des polymères d'âme et dans la catégorie des adhésifs

thermosoudables, respectivement.

Sous la forme réalisée par extrusion triple, une combinaison très avantageuse comporte une couche d'âme 20a de polypropylène, et les deux couches externes 18a et 22a sont constituées d'un copolymère d'éthylène et d'acrylate de méthyle ou d'un copolymère d'éthylène

et d'acétate de vinyle, le premier étant préférable.

Cette combinaison particulière de matériaux, après orien-

tation biaxiale, constitue un excellent matériau d'arma-

ture à extrusion triple utile pour l'armature d'étoffe et autre produit en feuille, pour mise entre deux couches d'étoffe externe, telles que du papier, un tissu, une feuille ou analogue comme indiqué sur la figure 9. Les couches externes d'étoffe sont indiquées par les références et 62. La structure du tulle d'armature porte la référence 64. Le copolymère d'éthylène et d'acrylate de méthyle ou l'autre matériau repéré par les références 18 et 22a présente l'avantage de présenter une fonction d'adhérence et de thermofusibilité assurant une liaison de la structure d'armature par chauffage aux couches

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1 1 externes 60 et 62 lorsque l'ensemble composite est chauffé et comprimé. Il n'est pas nécessaire que les matériaux

18a et 22a soient identiques.

Comme indiqué précédemment, tout matériau souple de revêtement externe tel qu'une feuille d'alumi- nium, un film de polyester, un film de "Nylon" un film de "Cellophane", de papier, de polypropylène orienté, un film d'acétate ou analogue peut être utilisé comme revêtement externe du stratifié. Un papier absorbant est préférable pour du papier armé de toilette. Une matière avantageuse à cet effet est disponible auprès de Scott Paper Company, et elle a une masse surfacique de 15 à 31 g/m2, en deux, trois et quatre couches. Un autre matériau absorbant qui peut être utilisé selon l'invention est décrit dans le brevet des Etats-Unis

d'Amérique n 4 296 161.

Le matériau thermosoudable le plus avantageux est le copolymère d'éthylène et d'acrylate de. méthyle dont plusieurs types sont disponibles auprès de Gulf Oil

Chemicals par exemple les types 2205, 2255 et 2207T. Plu-

sieurs types de copolymères d'éthylène et d'acétate de vinyle sont disponibles auprès de E.I. DuPont de Nemours

& Co., notamment les types 3180, 3175 et 3190.

Le soudage sous pression et la liaison par chauffage comme indiqué précédemment donnent satisfaction

pour la préparation des stratifiés selon l'invention.

L'opération peut être réalisée de manière générale par divers dispositifs, par exemple par mise en contact des faces opposées de l'ensemble ou de la matière composite

avec des cylindres ou des plateaux chauffants.

EXEMPLE 1

Cet exemple concerne un tulle formé par extrusion triple de polypropylène avec du copolymère d'éthylène et d'acétate de vinyle n 3180 de DuPont et un papier

"Scott" comme décrit précédemment en deux épaisseurs.

On utilise une température de cylindres chauffants de 93 à 121 C pour la liaison thermique et le collage sous pression.

EXEMPLE 2

Il s'agit d'un tulle à extrusion triple de polypropylène avec un copolymère d'éthylène et d'acétate de vinyle n 3175 de DuPont et la matière "Scott" telle que décrite précédemment, en deux épaisseurs. La tempéra-

ture des cylindres chauffants était de 93 à 121 C.

EXEMPLE 3

Un tulle à extrusion triple est préparé à partir de polypropylène et de copolymère d'éthylène et d'acétate de vinyle n 3190 de Dupont et de la matière

"Scott" comme décrit précédemment, en deux épaisseurs.

La température des cylindres chauffants était de 93 à 121 C

EXEMPLE 4

Du tulle à extrusion triple a été formé avec du polypropylène et du copolymère d'éthylène et d'acrylate de méthyle nO 2205 de Gulf Oil Chemicals. La température des cylindres chauffants était comprise entre 105 et

1210C.

ESSAIS DE PELAGE

Les résultats des essais de pelage qui suivent ont été obtenus par séparation des couches du stratifié

et par mesure de la force nécessaire à la séparation.

La force est exprimée en Newtons et elle est indiquée sous forme normalisée en fonction du nombre de brins

et de la masse de revêtement adhésif, à titre comparatif.

Exemple 1 Exemple 2 Exemple 3 Exemple 4

0,344* 0,162*. 0,196* 0,278*

* N/brin.g/m2 Ces essais de pelage donnent des résultats très

favorables par rapport à ceux d'une étoffe absorbante pré-

parée de manière classique à l'aide du même papier,

d'un adhésif à base de latex et d'une seule couche habi-

tuelle de tulle de matière plastique d'armature qui, au cours de l'essai de pelage, donnent une force de

0,02 N seulement.

Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs et procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples

non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Stratifié multicouche armé, caractérisé en ce qu'il est préparé par thermosoudage et collage sous pression d'un ensemble composite comprenant une couche formant un réseau d'armatures (64) constitué de brins thermoplastiques connectés, placée entre des couches (60, 62) d'un matériau externe, les brins (30, 32) étant constitués d'une âme interne d'armature d'un premier polymère portant une couche adhésive externe

de type thermosoudable.

2. Stratifié selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que le réseau formé par les brins est un

tulle extrudé et orienté.

3. Stratifié selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que la structure des brins est de type lami-

naire et formée par extrusion triple, à partir d'au moins deux polymères différents, le polymère interne d'âme (20a) ayant une température de ramollissement supérieure à celle du polymère externe, le polymère externe (18a, 22a) comprenant des segments de couche

disposés en sens opposés sur l'âme.

4. Stratifié selon la revendication 3, caracté-

risé en ce que le polymère d'âme (20a) est le polypropy-

lène, et le polymère externe est un copolymère d'éthylène

et d'acrylate de méthyle.

5. Stratifié selon la revendication 3, caracté-

risé en ce que le matériau externe (60, 62) est de

type absorbant.

6. Stratifié selon la revendication 3, caracté-

risé en ce que le matériau externe de recouvrement (60,

62) est une étoffe de papier.

7. Stratifié selon la revendication 4, caracté-

risé en ce que le polymère d'âme (20a) est formé de polypropylene et le polymère externe est formé d'un

copolymère d'éthylène et d'acrylate de méthyle.

8. Stratifié selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que le polymère d'âme (20a) est le polypro-

pylène.

9. Stratifié selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que la couche adhésive externe est formée

d'un copolymère d'éthylène et d'acrylate de méthyle.

10. Stratifié selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que le polymère d'âme est formé de polypropylène et la couche adhésive externe est formée d'un copolymère

d'éthylène et d'acrylate de méthyle.