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'' Perfectionnements relatifs à la fabrication de pellicule. tubulaire.!
La présente invention a trait à la fabrication de pel- , licules tubulaires et, en particulier, à des pellicules tubulai- res de matières organiques thermoplastiques formant pellicule, où les propriétés physiques de la pellicule, telles que la résistan- ce à la traction, sont améliorées par retirage à des températures inférieures au point de fusion ou au point d'amollissement de la matière thermoplastique, mais voisines de ce point de fusion ou d'amollissement.
Les pellicules tubulaires de polypropylène, de polyesters et de chlorure de polyvinyle constituent des exemples
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de pellicules qui profitent particulièrement de ce traitement*
Le brevet britannique N b40.191 décrit un procède d'étirage continu d'une pellicule de polypropylène isotactique où une pellicule tubulaire fraîchement extradé de polypropylène isotactique est trempée par un liquide de refroidissement et est alors amende à passer entre deux paires espacées de cylindres à pince où elle est chauffée à une température comprise dans l'in- tervalle de 12000 à 170 C par des dispositifs de chauffage à rayons infrarouges et est étirée radialement par une pression d'air appliquée intérieurement et,
longitudinalement. par la se- conde prire de cylindres à pince, qui tournent à une vitesse péri- phérique supérieure à celle de la première paire de cylindres à pince* L'air sous pression est introduit dans la pellicule par une sonde qui passe par un passage formé dans la pince de la pre- mière paire de cylindres à pince, grâce au fait qu'au moins un des cylindres es iné. Puisque la pellicule tubulaire doit être fer- mement saisie par la première paire de cylindres à pince pour gar.. ' der l'air dans la pellicule qui passe entra les doux paires de cy- lindres à pince, les bords de la pellicule aplatie sont pressés à pli.
Les plis forment des lignes d'affaiblissement et, lors de l'étirage, la pellicule a tendance à se fendre ou au moins à s'étirer de manière préférentielle le long des lignes de pli.
Le brevet belge N 576.741 décrit un procédé de produc- tion de pellicules étirées dans lequel un tube fondu, par exemple de chlorure de polyvinyle, est extrudé dans une chambre cylindri- que et reçoit intérieurement de l'air sous pression. L'air sous pression est acheminé à travers la chambra sous une pression égale à celle de l'intérieur du tube pour servir au double but d'empê- cher le tube de se dilater et de refroidir le tube en-dessous de sa température de solidification.
La pellicule tubulaire est alors introduite dans une seconde chambre par une gorge polie avec la- quelle la surface externe du tube vient en contact et est chauffée
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à une température comprise entre 5 et 20 C en-dessous du point d'amollissement de la pellicule. Du fait de l'absence d'une pres- sion d'air élevée dans la seconde chambre, le tube se dilate et étire ainsi les parois, sous l'effet de la pression d'air élevés régnant à l'intérieur du tube.
Un des buts de la présente invention consiste à propo ser un procédé perfectionné de fabrication de pellicules tubulai- res étirées de matières thermoplastiques organique**
Par conséquent, la présente invention comprend un prao.- dé de production de pellicules tubulaires étirées de Matières thermoplastiques organiques, formant pellicule, comprenant les opérations qui consistent à extruder une Matière thermoplastique organique formant pellicule, chauffée de manière à acquérir un état plastique fondu, par un orifice annulaire, pour former un tube, à refroidir rapidement le tube de manière qu'il passe à l'état solide en étirant le tube car-dessus une forme refroidi.. à appliquer un fluide gazeux sou:
ression à l'intérieur du tube et à appliquer une pression d'équilibre d'un fluide gaseux à l'extérieur du tube, dans la région ou le tube est plastique, pour empêcher la dilatation du tube, à tirer le tube de la forme à une vitesse prédéterminée, sans presser à pli la paroi du tube et en conservant un passage à travers le tube, à chauffer le tube à une température qui ne dépasse pas 2 C en-dessous du point de transition défini plus haut, dans une zone d'étirage, zone dans laquelle la pression est inférieure à la pression régnant dans le tube, à laisser le tube se dilater sous l'influence de la pression interne pour former une pellicule tubulaire étirée lisse,
à tirer le tube loin de la zone d'étirement à une vitesse égale ou supé- rieure à la vitesse à laquelle le tube avait été tiré de la forme refroidie, et à aplatir la pellicule tubulaire.
Par l'expression ''point de transition 1, on entend ici, pour les matières thermoplastiques ayant un point de fusion ' cris-
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tallin marqué et, par exemple, pour le polypropylène,la tampéra- ture & laquelle les matières fondent.
En ce qui concerne les ma- tières thermoplastiques qui ne présentent pas de point de fusion cristallin marqué, mais qui s'amollissent dans un intervalle de température (par exemple, le chlorure de polyvinyle) on entend par l'expression '' point de transition 'la température à laquelle la résistance è la traction de la matière thermoplastique ne s'ac- croît plus par étirage.'
Le tube passant dans la zone d'étirage est de préfèrent ce chauffé à une température non inférieure à 6000 en-dessous du et, y point de transition/dans le cas des matières thermoplastique. ayant un point de fusion cristallin distinct,
on chauffe de préfé- rence le tube à une température comprise dans l'intervalle de 5 C en-dessous du point de transition à 40 C en-dessous du point de transition.
Le fluide gazeux appliqué à l'intérieur du tube et à l'extérieur du tube dans la région qui suit immédiatement la fi- lière, où le tube est plastique, est constitué avantageusement par l'air, bien qu'il puisse l'être par l'azote ou par un autre gaz inerte quelconque.
La présente invention comprend aussi un appareil destiné à la production d'une pellicule tubulaire étirée d'une matière thermoplastique organique formant pellicule, comprenant une filiè- re d'extrusion ayant un orifice annulaire par lequel une matière thermoplastique organique formant pellicule peut être extrudée sou:
forme de tube, une forme sur laquelle le tube fraîchement extrudé est tiré pour refroidir rapidement le tube de manière qu'il passe à l'état solide, une chambre enfermant l'ouverture de l'orifice annulaire et au moins la partie de la forme, sur laquelle le tube passe à l'état plastique, un moyen d'apport destiné à introduire un fluide gazeux sous pression à l'intérieur du tube, un second moyen d'apport destiné à introduire un fluide gazeux sous pres-
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.ion dans la chambra une ouverture de sortie de la chambre, ouverture par laquelle le tube peut être retiré de la chambre son-, siblement sans perte de fluide gazeux de la chambre,
un moyen de traction destiné & tirer le tube de la forme à une vitesse prédé- terminée, sans presser à pli la paroi du tube et en conservant un passage à travers le tube, un moyen de chauffage destiné à chauf, , fer le tube tiré de la forme dans une atmosphère ayant une pros- .ion inférieure à la pression régnant à l'intérieur du tube pour permettre au tube de se dilater pour former une pellicule tubulai- re étirée, et un moyen d'aplatissement destiné à aplatir la pelli-' cule tubulaire étirée et à tirer la pellicule à une vitesse prédé- terminée devant le moyen de chauffage.
Le moyen de traction destiné à tirer le tube de la for- me refroidie sans presser à pli le tube et sans fermer complète- ment le tube, de manière que le fluide gazeux admis à l'intérieur! du tube puisse passer dans le tube jusqu'à la zone d'étirement, peut être constitué avantageusement d'une paire de cylindres à pince courts, d'une longueur sensiblement inférieure à la largeur du tube à l'état posé à plat. Les cylindres à pince ne pincent que la partie centrale du tube et laissent les bords libres à se bom- ber vers l'extérieur, ce qui évite la formation de lignes de pli et forme des passages offerts au fluide gazeux.
Le moyen d'aplatissement est constitué avantageusement d'une paire de cylindres à pince, d'une longueur suffisant à fer- mer complètement la pellicule tubulaire et pour empocher sensible- ment l'échappement du fluide gazeux du tube. Le moyen d'aplati.- sèment tire aussi la pellicule tubulaire à travers la zone d'éti- remont.
La forme refroidie a de préférence une forme cylindre que et est montée sur la face de la filière, à l'intérieur de l'orifice annulaire. Toutefois, il est plus préférable encore de côner la forme de manière qu'elle s'amenuise loin de la filière
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- pour tenir compte du rétrécissement du tube lors de sa solidifi- cation et pour faciliter l'enlèvement du tube solidifié de la forma. La forme est avantageusement creuse pour permettre la cir- culation d'un fluide de refroidies ment qui, par exemple) peut consister en air, en eau ou en saumure refroidie.
Uno particularité importante de l'invention consiste en ce que le tube fraîchement extrudé est rapidement refroidi en-dessous de la température de solidification de la matière thermoplastique pour favoriser la formation de petites régions cristallines ou partiellement cristallines, de manière que, lorsqu'on étire le tube dans la zone d'étirement , il s'étire uniformément en tous les points. Lorsque le refroidissement est lent, comme c'est le cas lorsqu'on utilise le refroidissement ordinaire à l'air, la matière à tendance à former de grandes ré- gions crie'.: ines ou partiellement cristallines avec ce résul- tat que, lors e l'étirement, certaines régions ont tendance à s'étirer plus que d'autres régions.
Une température préférée pour la forme refroidie est celle qui est comprise dans l'intervalla de OOC à 20 C.
Le fluide gazeux sous pression, introduit dans le tube, peut avantageusement être initialement introduit par un tuyau qui passe à travers le plein central de la filière d'extrusion et à travers la forme refroidie. Pour compenser le fluide gazeux qui s'échappe par le moyen d'aplatissement, il peut être nécessaire d'ajouter de temps en temps un supplément de fluide gazeux par ce tuyau.
Le fluide gazeux appliqua dans la chambre formée autour d'au moins une partie de la forme a habituellement la même prêt- sion que le fluide gazeux introduit dans le tube et peut tire avantageusement pris à une source commune de fluide sous pres- sion* Pour limiter l'échappement du fluide gazeux de la chambre à l'endroit de l'ouvertureue sortie offerte au tube en mouvement
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on peut ajuster un joint flexible pour obturer l'espace compris entre le bord de l'ouverture et la paroi du tube.
Comme il est préférable de former un espace entre la face de la filière et la forme pour réduire au minimum la trans- mission de la chaleur de la filière chaude à la forme refroidie, le fluide gazeux sous pression est introduit aussi de préférence à l'intérieur du tube dès qu'il est extrudé et au'il sort de l'or!!* tics annulaire, pour empêcher que le tube fondu ne soit pressé dans l'espace par la pression du fluide gazeux contenu dans la chambre.
Dans la zone d'étirage) le tube peut tire chauffé par la chaleur d'irradiation telle que celle que donnent les disposi- tifs de chauffage à rayons infrarouges ou en faisant circuler de l'air chaud, qui est chauffé par le passage sur des dispositifs de chauffage, par convection ou sous l'effet d'un ventilateur.
Lors de la dilatation du tube dans la sone d'étirage, la paroi du tube est étirée transve ement à un degré qui dépend du degré de gonflement du tube. L'étirage donne lieu au moins à une orientation partielle de la structure moléculaire de la paroi du tube dans la direction transversale et affecte heureusement les propriétés physiques de la pellicule tubulaire ainsi produite.
En particulier la résistance à la traction de la pellicule dans la direction de l'étirement est augmentée et la clarté de la pel- licule est améliorée.
Le degré d'étirage communiqué au tubs lors du gonflage dépend de la matière thermoplastique utilisée et des propriétés physiques requises pour la pellicule tubulaire. Par exemple, lors- que la matière thermoplastique organique est le chlorure de poly- vinyle, un rapport préféré du diamètre de la pellicule tubulaire dilatée au diamètre du tube se situe dans l'intervalle de 1 1/2 :
1 à 3: 1. Toutefois, lorsque la matière thermoplastique organique est un polypropylène, le rapprt du diamètre du tube peut être ce -
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pris entre 1 1/2 :: 1 et 10 : 1 et être même supérieur à cette dernière limite.
Toutefois. un intervalle mieux préféré -est celui qui va de 2 : 1 à 8 t 1.
Le tube peut aussi être étiré longitudinalement pen- dant qu'il se trouve dans la sone d'étirage en tirant la pelli- cule à l'aide du moyen d'aplatissement hors de la zone d'étirage à une vitesse plue grande à celle à laquelle le tube est tiré de la forme refroidie.
L'étirage longitudinal combiné à l'étirage transversal donne lieu à une pellicule tubulaire biaxialement orientée, c'est-à-dire que la structure moléculaire de la paili- cule est au moins partiellement orientée dans lori deux dira étions, la direction longitudinale et la direction transversale
Dans bien des buts, il est désirable que la pellicule tubulaire soit équilibrée, c'est-à-dire qu'elle soit étirée éga- lement dans les directions longitudinale et transversale, de ma- nière que Ion propriétés physiques de la pellicule, telles que la résistance à la traction, soient sensiblement égales dans ces deux directions.
Une telle pellicule peut être obtenue en procé- dant de manière que le rapport de la vitesse de traction de la pellicule tubulaire hors de la zone d'étirage à la vitesse de la traction du tube hors de la forme, soit sensiblement le même que le rapport du diamètre de la pellicule tubulaire dilatée au dia- mètre du tube avant la dilatation
Si on le désire, suivant une variante, le degré d'étire- ment dans la direction transversale ou dans la direction longitu- dinale peut être plus grand que le degré d'étirement dans l'autre direction s'il est requis que la pellicule ait une résistance plus grande dans une des deux directions, par exemple pour la pel- licule photographique ou les bandes d'enregistrement sonore.
Le procédé selon la présente invention peut être utili- sé à la production de la pellicule tubulaire à partir d'une matiè- re thermoplastique quelconque, apte à être extrudée sous forme de
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tuba, et il est particulièrement utile pour la production de pel- licules à partir de polypropylène,par exemple de polypropylène isotactique, de polyéthylène, de polyesters tels que le téréphta- late de polyéthylène, de chlorure de polyvinyle et de polystyrène.
Après que l'étirage a eu lieu, la pellicule tubulaire peut, si on le désire, être figée par la chaleur, en la chauffant à une température qui se situe dans l'espace de 10 C de la tempé- rature à laquelle l'étirage a eu lieu, mais inférieure au point de transition.
Un appareil spécifique et un seul procédé de mise en oeuvre de l'invention vont maintenant être décrits en se référant aux dessins annexés à la présente description.
La figure 1 est une élévation frontale de l'appareil, en section partielle.
La figure 2 est une section de la figure 1 faite par la ligne 2-2.
Il est maintenant fait référence à la figure 1; une ma- tière thermoplastique se trouvant à l'état fondu est refoulée par un dispositif d'extrusion (non représenté) à travers un orifice annulaire 1 d'une filière 2 pour former un tube 3 qui est tire par-dessus une forme refroidie 4 par une paire de cylindres à pin- ce courte 5 pour refroidir rapidement le tube 3 et le faire pas- ser & l'état solide.
Le tube 3 solidifie est alors tiré à travers une zone d'étirage, indiquée de manière générait en 6 par une pai- re de cylindres à pince 7, le tube 3 étant étiré dans la dite zone d'étirage par un moyen décrit plus bas pour former une pel- licule tubulaire 8. Les cylindres à pince 7 aplatissent le tube 8 et lui donnent une forme plate sous laquelle il est bobine sur une bobine d'emmagasinage (non représentée).
La forme refroidie 4 est montée sur la face de la filiè- re 2 par une tige 9 pour réduire au minimum la transmission de la chaleur de la filière chaude 2 à la forme refroidis 4 ; l'eau froi-
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de est mise en circulation à l'intérieur de la forât 4 par des tuyaux 10,11 qui passent par le centre de la filière 2 et Par la tige 9. La forme 4 est circulaire en section transversale et cet cônés de manière à s'amenuiser loin de la filière 2 pour facili- ter l'enlèvement par la traction du tube solidifia 3.
La face de la filière 2 et la majeure partie du corps de la forme 4 sont en- fermées dans une chambre annulaire 12 qui a un couvercle vertica- lement mobile 13, monté sur des tiges 14 auxquelles le couvercle 13 peut être fixe, comme il est requis, par des vis à tête mole- tée 15. Le couvercle 13 est scellé, lorsqu'il se trouve en posi- tion sur le dessus de la chambre 12, à la paroi de la chambre 12 par un joint circulaire 16. En outre, le couvercle 13 a une ouver- ture circulaire 17 par laquelle l'extrémité de la forme refroidie 4 saillit et, dans le bord de l'ouverture 17, se trouve logé un joint annulaire flexible 18 qui presse légèrement contre le tube 3 qui est et ie d'être tiré par-dessus la forme 4.
L'air sous pression est garnis dans la chambre 12 par un tuyau d'entrée 19 et les joints 16,18 l'empêchent sensiblement de fuir.
L'air sous pression est aussi introduit dans un espace 20 compris entre la face de la filière 2 et la forme 4 par un tuyau 21 pour équilibrer la pression appliquée dans la chambre 12 et pour empêcher le tube 3 qui se trouve à l'état fondu, d'être presse dans l'espace 20.
L'intérieur du tube 3 est maintenu sous pression par l'air introduit par un tuyau 22 qui passe à travers la filière % et la forme 4 et la pression de l'air maintenue dans la chambre 12 est réglée de manière qu'elle équilibre la pression maintenue dans le tube 3 et empêche la tube 3 de se dilater alors qu'il est à l'état fondu plastique. Lorsque le processus est en route et que les conditions sont stables, les pressions de l'air appliquée dans la chambre 12, à l'intérieur du tube 3 et dans l'espace 20 sont avantageusement égales*
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Les cylindres à pince 5, qui servent à tirer le tube 3 de la forme 4 sont bien plus courte que la largeur du tube 3 dans son état mis à plat.
Les cylindres 5 pincent la partie cen- traie du tube 3 de manière que les borde 23 du tube 3 se bombent vers l'extérieur (fig.2) en formant des passages 24 destinée 4 l'air introduit dans le tube ',ce qui évite la formation de plis aux borde 23.
Dans la mono d'étirage 6, le tube 3 pénètre dans un enclos 25 où règne une pression qui est sensiblement la pression atmosphérique, dans laquelle la chaleur est dirigée sur tous les pointa périphériques du tube 3 par des dispositifs de chauffage à rayons infrarouges 26. L'intensité de la chaleur appliquée au tube 3 est réglée de manière que la température de la paroi du tube monte à une valeur qui ne dépasse pas 2 C en-dessous du point de transition de la matière thermoplastique, température à laquel- le le tube se dilate sous l'influence de la pression interne.
Lors de la dilatation tube 3, la paroi du tube 3 est étirée transversalement et la structure moléculaire de la pa- roi du tube est orientée ou partiellement orientée dans la direc- tion transversale.
Pendant que le tube 3 passe à travers la zone d'étirage, il peut aussi être étiré longitudinalement en faisant tourner les cylindres à pince 7 à une vitesse plus grande que celle à laquel- le le tube 3 est tiré de la forme 4 par les cylindres à pince 5.
Cet étirage oriente totalement ou partiellement la structure molé- culaire de la paroi du tube dans la direction longitudinale.
Le tube étiré 3 qui est à présent devenue la pellicule tubulaire 8, est retiré de l'enclos 25, refroidi par le passage dans l'atmosphère à la température ambiante et est aplati entre des cylindres à pince 7 qui servent aussi à empêcher l'échappe-. ment de l'air de l'intérieur du tube 3 et de la pellicule 8.
Si on le désire, la pellicule tubulaire 8 peut être fi-
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gée à chaud avant de passer par les cylindres 7, par l'applica- tion de la chaleur provenant, par exemple, de dispositifs de chauffage à rayons infrarouges (non représentés)* La pellicule 8 est figée à chaud en la chauffant à une température qui se si** tue dans l'espace de 1000 de la température à laquelle l'étirage a eu lieu, mais inférieure au point de transition de la matière thermoplastique.
Le degré d'étirage du tube 3 dépend de la pression ap- pliquée à l'intérieur du tube 3, du degré de chaleur appliqua dans l'enclos 25 et de la différence des vitesses entre les cy- lindres à pince 7 et les cylindres de traction 5. Cet conditions sont choisies pour la matière thermoplastique utilisée et peur l'épaisseur voulue ou requise de la pellicule.
Bien que l'appareil représenté par le dessin produise un tube qui se déplace vers le haut, l'appareil peut être inver- sé, de manière que le tube soit extrudé et se déplace vers le bas.
Dans un exemple de fabrication de pellicule tubulaire étirée de polypropylène par le procédé décrit plus haut, le poly- propylène fut extrudé d'un orifice de filière à 190 C. L'orifice avait un diamètre de 3 pouces et avait une fente de 0,019 pouce.
Une pression d'air de 9 1/2 pouces au manomètre à eau fut mainte- nue dans le tube 3, dans la chambre 12 et dans l'espace 20. La forme 4 fut maintenue à 14 C par une circulation d'eau pour assu- rer un refroidissement rapide du tube 3 en-dessous du point de solidification du polypropylène. Le tube 3 avait, en quittant la forme 4, un diamètre de 2. 3/8 pouces at en était tiré par des cylindres de traction 5 à 6 pieds par minute.
En pénétrant dans l'enclos 25, le tube 3 fut chauffé à 145 C par les dispositifs de chauffage 26., et-il fut dilaté à un diamètre de 10,7 pouces. La pellicule tubulaire 8 avait une sur une bobine épaisseur de paroi de 0,0004 pouce et fut bobinse à une vitesse de 30 pieds par minute.
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La pellicule tubulaire 8 avait une grande clarté et une résistance dépassant grandement la résistance du polypropylène non étiré de même épaisseur.
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RE¯8M 1. ta présente invention concerne un procédé de pro- duction de pellicules tubulaire. étirée de matières tarmopla.t1- ques organique.. formant pellicules comprenant le* opérations qui consistent à extrader une matière thermoplastique organique formant pellicule, chauffée de manière à acquérir un état plasti- que fondu, par un orifice annulaire, pour former un tube, à ra- froidir rapidement le tube de manière qu'il passe à l'état soli- de en étirant le tube par-dessus une forme refroidie, à appliquer un fluide gazeux sous pression à l'intérieur du tube et à appli- quer une pression d'équilibre d'un fluide galeux & l'extérieur du tube,
dans la région où le tube est plastique, pour empêche:* la dilatation du tube, à tirer le tube de la forme à une vitesse
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prédéterminée, sans presser & pli la paroi du tube it dm conser- vant un passage à travers le tube, 1 chauffer le tube à une test"' perature qui ne dépasse pas 200 et-dos$ous du point 44 transitif défini plus haut, dans une zone d'étirage, zone dans laquelle la pression est inférieure à la pression régnant dans le tubes à laisser le tube se dilater sous l'influence de la pression inter-
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ne pour former une pelliculé tubulaire étires lisse, a tirer le tube loin de la zone d'étirs#nt à une vitesse ,Jg&le ou lup4r1eu... re z la vitesse à laquelle le tube avait été tiré de la for..
refroidie, et & aplatir la pellicule tUbulaire.
2.La présente invention concerne aussi un procédé se*
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'' Improvements in film production. tubular.!
The present invention relates to the manufacture of tubular films and, in particular, to tubular films of thermoplastic organic film forming materials, where the physical properties of the film, such as tensile strength, are formed. are improved by reprocessing at temperatures below the melting point or the softening point of the thermoplastic material, but close to this melting or softening point.
Examples include tubular films of polypropylene, polyesters and polyvinyl chloride.
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dandruff that particularly benefits from this treatment *
British Patent No. b40,191 discloses a continuous stretching process of isotactic polypropylene film where a freshly extruded tubular film of isotactic polypropylene is quenched with coolant and is then fine to pass between two spaced pairs of cylinders at clamp where it is heated to a temperature in the range of 12000 to 170 C by infrared heaters and is radially stretched by internally applied air pressure and,
longitudinally. by the second set of clamp cylinders, which rotate at a peripheral speed greater than that of the first pair of clamp cylinders * The pressurized air is introduced into the film by a probe which passes through a passage formed in the gripper of the first pair of gripper cylinders, thanks to the fact that at least one of the cylinders is created. Since the tubular film must be firmly gripped by the first pair of clamp rollers to trap air in the film which passes through the soft pairs of clamp rollers, the edges of the flattened film are pressed to fold.
The folds form lines of weakness, and upon stretching the film tends to split or at least stretch preferentially along the fold lines.
Belgian Patent No. 576,741 describes a process for the production of stretched films in which a molten tube, for example of polyvinyl chloride, is extruded into a cylindrical chamber and internally receives pressurized air. Pressurized air is passed through the chamber at a pressure equal to that inside the tube to serve the dual purpose of preventing the tube from expanding and cooling the tube below its temperature. solidification.
The tubular film is then introduced into a second chamber through a polished groove with which the outer surface of the tube comes into contact and is heated.
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at a temperature between 5 and 20 C below the softening point of the film. Due to the absence of a high air pressure in the second chamber, the tube expands and thus stretches the walls, under the effect of the high air pressure prevailing inside the tube.
One of the objects of the present invention is to provide an improved process for the manufacture of stretched tubular films of organic thermoplastics **
Accordingly, the present invention comprises a process for producing stretched tubular films of organic thermoplastic film-forming materials comprising the operations of extruding an organic thermoplastic film-forming material heated so as to acquire a molten plastic state, through an annular orifice, to form a tube, to rapidly cool the tube so that it passes to the solid state by stretching the tube because above a cooled form .. to apply a gaseous fluid under:
ression inside the tube and to apply an equilibrium pressure of a gaseous fluid to the outside of the tube, in the region where the tube is plastic, to prevent expansion of the tube, to pull the tube out of the form at a predetermined rate, without squeezing the wall of the tube to a fold and retaining a passage through the tube, heating the tube to a temperature not exceeding 2 C below the transition point defined above, in a zone stretching, an area in which the pressure is lower than the pressure prevailing in the tube, to allow the tube to expand under the influence of internal pressure to form a smooth stretched tubular film,
pulling the tube away from the stretching zone at a rate equal to or greater than the rate at which the tube was pulled from the cooled form, and flattening the tubular film.
By the expression " transition point 1 is meant herein, for thermoplastics having a melting point "
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labeled tallin and, for example, in the case of polypropylene, the tamponade to which the materials melt.
With regard to thermoplastic materials which do not exhibit a marked crystalline melting point, but which soften over a temperature range (for example, polyvinyl chloride) is meant by the expression '' transition point the temperature at which the tensile strength of the thermoplastic material no longer increases by stretching.
The tube passing through the stretching zone is preferably heated to a temperature not lower than 6000 below the and, y transition point / in the case of thermoplastics. having a distinct crystalline melting point,
The tube is preferably heated to a temperature in the range of 5 ° C below the transition point to 40 ° C below the transition point.
The gaseous fluid applied inside the tube and outside the tube in the region immediately following the die, where the tube is plastic, is advantageously constituted by air, although it may be. by nitrogen or by any other inert gas.
The present invention also includes an apparatus for producing a stretched tubular film of an organic thermoplastic film-forming material, comprising an extrusion die having an annular orifice through which an organic thermoplastic film-forming material can be extruded into it. :
tube shape, a shape over which the freshly extruded tube is pulled to rapidly cool the tube so that it becomes solid, a chamber enclosing the opening of the annular orifice and at least part of the shape , on which the tube passes in the plastic state, a supply means intended to introduce a gaseous fluid under pressure inside the tube, a second supply means intended to introduce a gaseous fluid under pressure.
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.ion in the chamber an outlet opening of the chamber, opening through which the tube can be withdrawn from the sound chamber, sibly without loss of gaseous fluid from the chamber,
a pulling means for pulling the tube out of the form at a predetermined speed, without squeezing the wall of the tube to a fold and maintaining a passage through the tube, a heating means for heating the pulled tube form in an atmosphere having a pros- .ion less than the pressure prevailing inside the tube to allow the tube to expand to form a stretched tubular film, and a flattening means for flattening the skin - 'stretched tubular core and pulling the film at a predetermined speed past the heating means.
The pulling means for pulling the tube out of the cooled form without kinking the tube and without completely closing the tube, so that the gaseous fluid admitted inside! of the tube can pass through the tube up to the stretching zone, can advantageously consist of a pair of short clamp cylinders, of a length substantially less than the width of the tube in the flat state. The clamp cylinders only pinch the central part of the tube and leave the free edges to bulge outwards, which prevents the formation of fold lines and forms passages for the gaseous fluid.
The flattening means advantageously consists of a pair of clamp cylinders, of sufficient length to completely close the tubular film and to substantially block the escape of gaseous fluid from the tube. The flattening means also pulls the tubular film through the stirring area.
The cooled form preferably has a cylinder form and is mounted on the face of the die, inside the annular orifice. However, it is even more preferable to taper the shape so that it tapers away from the die.
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- to take account of the shrinkage of the tube during its solidification and to facilitate the removal of the solidified tube from the forma. The shape is advantageously hollow to allow the circulation of a cooling fluid which, for example) may consist of air, water or cooled brine.
An important feature of the invention is that the freshly extruded tube is rapidly cooled below the solidification temperature of the thermoplastic material to promote the formation of small crystalline or partially crystalline regions, so that when stretched the tube in the stretching zone, it stretches evenly at all points. When the cooling is slow, as is the case when ordinary air cooling is used, the material tends to form large regions, such as ines or partially crystalline with the result that, when stretching, some areas tend to stretch more than other areas.
A preferred temperature for the cooled form is that which is within the range of OOC to 20 C.
The gaseous fluid under pressure, introduced into the tube, can advantageously be initially introduced by a pipe which passes through the central solid of the extrusion die and through the cooled form. To compensate for the gaseous fluid which escapes through the flattening means, it may be necessary from time to time to add additional gaseous fluid through this pipe.
The gaseous fluid applied in the chamber formed around at least a portion of the form usually has the same loan- ment as the gaseous fluid introduced into the tube and may draw advantageously from a common source of pressurized fluid. limit the escape of the gaseous fluid from the chamber to the location of the outlet opening offered to the moving tube
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a flexible seal can be adjusted to close the space between the edge of the opening and the wall of the tube.
Since it is preferable to form a space between the face of the die and the die to minimize the transfer of heat from the hot die to the cooled form, the gaseous fluid under pressure is preferably introduced to the die as well. inside the tube as soon as it is extruded and the gold comes out !! * annular ticks, to prevent the molten tube from being pressed into space by the pressure of the gaseous fluid contained in the chamber.
In the drawing zone) the tube can draw heated by the heat of irradiation such as that given by infrared heaters or by circulating hot air, which is heated by passing it over heating devices, by convection or by the effect of a fan.
As the tube expands in the stretching area, the tube wall is stretched to a degree which depends on the degree of swelling of the tube. The stretching results in at least partial orientation of the molecular structure of the tube wall in the transverse direction and fortunately affects the physical properties of the tube film thus produced.
In particular, the tensile strength of the film in the direction of stretching is increased and the clarity of the film is improved.
The degree of stretch imparted to the tubs upon inflation depends on the thermoplastic material used and the physical properties required for the tubular film. For example, when the organic thermoplastic material is polyvinyl chloride, a preferred ratio of the diameter of the expanded tubular film to the diameter of the tube is in the range of 1 1/2:
1 to 3: 1. However, when the organic thermoplastic material is polypropylene, the ratio of the tube diameter may be this -
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taken between 1 1/2 :: 1 and 10: 1 and even be greater than the latter limit.
However. a more preferred interval is that which ranges from 2: 1 to 8 t 1.
The tube can also be stretched longitudinally while in the stretching area by pulling the film with the flattening means out of the stretching area at a rate greater than that. at which the tube is pulled from the cooled form.
Longitudinal stretching combined with transverse stretching results in a biaxially oriented tubular film, that is, the molecular structure of the particle is at least partially oriented in where two say were, the longitudinal direction and transverse direction
For many purposes, it is desirable that the tubular film be balanced, that is, it should be stretched equally in the longitudinal and transverse directions, so that the physical properties of the film, such as that the tensile strength, are substantially equal in these two directions.
Such a film can be obtained by proceeding so that the ratio of the speed of pulling the tubular film out of the stretching zone to the speed of pulling the tube out of the form is substantially the same as ratio of the diameter of the expanded tubular film to the diameter of the tube before expansion
If desired, alternatively, the degree of stretching in the transverse direction or in the longitudinal direction may be greater than the degree of stretching in the other direction if the film is required. has a greater resistance in one of the two directions, for example for the photographic film or the sound recording tapes.
The process according to the present invention can be used in the production of the tubular film from any thermoplastic material suitable for extrusion into the form of.
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tuba, and it is particularly useful for the production of films from polypropylene, for example isotactic polypropylene, polyethylene, polyesters such as polyethylene terephthalate, polyvinyl chloride and polystyrene.
After stretching has taken place, the tubular film can, if desired, be heat-set by heating it to a temperature which is within 10 ° C of the temperature at which the stretching has taken place, but less than the transition point.
A specific apparatus and a single method of carrying out the invention will now be described with reference to the drawings appended to the present description.
Figure 1 is a front elevation of the apparatus, in partial section.
Figure 2 is a section of Figure 1 taken through line 2-2.
Reference is now made to Figure 1; a thermoplastic material in the molten state is forced by an extrusion device (not shown) through an annular orifice 1 of a die 2 to form a tube 3 which is pulled over a cooled form 4 by a pair of short pinch cylinders 5 to rapidly cool the tube 3 and bring it to the solid state.
The solidified tube 3 is then pulled through a stretching zone, indicated generically at 6 by a pair of gripper rollers 7, the tube 3 being stretched in said stretching zone by means described below. to form a tubular film 8. The clamp cylinders 7 flatten the tube 8 and give it a flat shape in which it is spooled on a storage spool (not shown).
The cooled form 4 is mounted on the face of the die 2 by a rod 9 to minimize heat transmission from the hot die 2 to the cooled form 4; cold water
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is put into circulation inside the forât 4 by pipes 10,11 which pass through the center of the die 2 and by the rod 9. The shape 4 is circular in cross section and this cones so as to s' trim away from the die 2 to facilitate pulling off the solidified tube 3.
The face of the die 2 and the major part of the body of the form 4 are enclosed in an annular chamber 12 which has a vertically movable cover 13, mounted on rods 14 to which the cover 13 can be fixed, as it is. is required, by pan head screws 15. The cover 13 is sealed, when in position on top of the chamber 12, to the wall of the chamber 12 by a circular gasket 16. In Furthermore, the cover 13 has a circular opening 17 through which the end of the cooled form 4 protrudes and in the edge of the opening 17 is housed a flexible annular seal 18 which presses lightly against the tube 3 which is and ie to be pulled over the shape 4.
The pressurized air is filled in the chamber 12 by an inlet pipe 19 and the seals 16,18 substantially prevent it from leaking.
The pressurized air is also introduced into a space 20 between the face of the die 2 and the form 4 by a pipe 21 to balance the pressure applied in the chamber 12 and to prevent the tube 3 which is in the state. melted, to be pressed into space 20.
The interior of the tube 3 is kept under pressure by the air introduced by a pipe 22 which passes through the die% and the form 4 and the pressure of the air maintained in the chamber 12 is adjusted so that it balances the pressure maintained in the tube 3 and prevents the tube 3 from expanding while it is in the plastic molten state. When the process is under way and the conditions are stable, the pressures of the air applied in the chamber 12, inside the tube 3 and in the space 20 are advantageously equal *
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The gripper cylinders 5, which serve to pull the tube 3 of the form 4 are much shorter than the width of the tube 3 in its flattened state.
The cylinders 5 clamp the central part of the tube 3 so that the edges 23 of the tube 3 bulge outwards (fig. 2), forming passages 24 for the air introduced into the tube ', which avoids the formation of folds at the edges 23.
In the mono drawing 6, the tube 3 enters an enclosure 25 where there is a pressure which is substantially atmospheric pressure, in which the heat is directed to all the peripheral points of the tube 3 by infrared heaters 26 The intensity of the heat applied to the tube 3 is regulated so that the temperature of the wall of the tube rises to a value which does not exceed 2 ° C below the transition point of the thermoplastic material, at which temperature. the tube expands under the influence of internal pressure.
When expanding tube 3, the wall of tube 3 is stretched transversely and the molecular structure of the tube wall is oriented or partially oriented in the transverse direction.
As the tube 3 passes through the stretching zone, it can also be stretched longitudinally by rotating the gripper rolls 7 at a speed greater than that at which the tube 3 is pulled from the form 4 by the clamp cylinders 5.
This stretching fully or partially orients the molecular structure of the tube wall in the longitudinal direction.
The stretched tube 3 which has now become the tubular film 8, is withdrawn from the enclosure 25, cooled by passage through the atmosphere to room temperature and is flattened between clamp rolls 7 which also serve to prevent the escapes. air from inside tube 3 and film 8.
If desired, the tubular film 8 can be clamped
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heat-treated before passing through the cylinders 7, by the application of heat from, for example, infrared heaters (not shown) * The film 8 is hot-frozen by heating it to a temperature which if ** kills within 1000 of the temperature at which the stretching took place, but below the transition point of the thermoplastic.
The degree of stretching of the tube 3 depends on the pressure applied inside the tube 3, the degree of heat applied in the enclosure 25 and the difference in speeds between the clamp cylinders 7 and the cylinders. 5. These conditions are chosen for the thermoplastic material used and for the desired or required thickness of the film.
Although the apparatus shown in the drawing produces a tube which moves upward, the apparatus can be reversed, so that the tube is extruded and moves downward.
In an example of making stretched tubular film of polypropylene by the process described above, the polypropylene was extruded from a die orifice at 190 C. The orifice was 3 inches in diameter and had a 0.019 inch slot. .
An air pressure of 9 1/2 inches at the water pressure gauge was maintained in tube 3, in chamber 12 and in space 20. Form 4 was maintained at 14 C by circulating water to ensure rapid cooling of tube 3 below the solidification point of the polypropylene. Tube 3 had, leaving form 4, a diameter of 2. 3/8 inches and was pulled out by pull cylinders at 5 to 6 feet per minute.
Upon entering enclosure 25, tube 3 was heated to 145 C by heaters 26., and it was expanded to a diameter of 10.7 inches. Tubular film 8 had a wall thickness of 0.0004 inch on a coil and was wound at a speed of 30 feet per minute.
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The tubular film 8 had high clarity and a strength greatly exceeding the strength of unstretched polypropylene of the same thickness.
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RE¯8M 1. The present invention relates to a process for the production of tubular films. A stretched organic film forming thermoplastic material comprising the steps of extruding an organic thermoplastic film forming material, heated so as to acquire a molten plastic state, through an annular orifice to form a tube, rapidly cooling the tube so that it becomes solid by stretching the tube over a cooled form, applying a gaseous fluid under pressure inside the tube and applying a equilibrium pressure of a mangy fluid & the outside of the tube,
in the region where the tube is plastic, to prevent: * expansion of the tube, to pull the tube out of the form at a high speed
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predetermined, without squeezing & crease the wall of the tube it dm keeping a passage through the tube, 1 heat the tube to a test "'perature which does not exceed 200 and -dos of the transitive point 44 defined above, in a stretching zone, zone in which the pressure is lower than the pressure prevailing in the tube to allow the tube to expand under the influence of the inter-
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ne to form a smooth stretched tubular film, pull the tube away from the stretching area at a speed, Jg & le or lup4r1eu ... re z the speed at which the tube had been pulled from the drill ..
cooled, and & flatten the tubular film.
2.The present invention also relates to a method