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La présente invention se rapporte à la fabrication de tubes à parois minces ou de pellicules tubulaires ou plates à partir de ma- tières organiques thermoplastiques.
Elle se rapporte, particulièrement, à des procédés dans les- quels on extrude de façon continue une matière thermoplastique organique fondue par une filière annulaire, on entraîne le tube formé vers le bas tout en maintenant un certain volume de gaz à l'intérieur du tube, ce vo- lume de gaz et la vitesse d'entraînement du tube depuis la filière étant choisis pour provoquer une réduction de l'épaisseur des parois du tube, et dans lesquels on aplatit la pellicule tubulaire formée, après refroi- dissement, à l'aide de rouleaux pinceurs.
Dans l'application de ce procédé à la fabrication de pellicu- les tubulaires à partir de matières thermoplastiques ayant des points de fusion élevés et donnant des masses fondues mobiles, il est désirable de refroidir la pellicule gonflée aussi rapidement que possible pour maintenir à un minimum la longueur de la bulle formée et entretenue à l'intérieur de la pellicule entre la filière d'extrusion et les rouleaux aplatisseurs. La bulle peut être ainsi maintenue sans difficulté dans l'alignement de la filière d'extrusion et la pellicule peut être uniformément gonflée.
On a proposé antérieurement de fabriquer des pellicules par une variante de ce procédé dans laquelle on fait passer la pellicule tubulaire gonflée dans un liquide de refroidissement où les rouleaux pinceurs sont immergés. Cependant, lorsque de l'air ou un autre gaz est utilisé pour gonfler une matière ayant un point de fusion élevé et donnant une masse fondue très mobile, par exemple les superpolyamides linéaires et les superpolyesters linéaires comme le téréphtalate de polyéthylène, la pression interne nécessaire pour gonfler la pellicule, même lorsqu'on augmente sensiblement le diamètre du tube, est si faible que la pellicule gonflée est aplatie par la pression de l'eau si on la fait passer dans un bain d'eau avant que la matière fondue se soit suffisamment refroidie pour empêcher les surfaces en contact de la pellicule aplatie de coller l'une à l'autre.
On a également proposé de refroidir des objets extrudés tels que fibres, pellicules, tubes et revêtements en matières organiques thermoplastiques en les faisant passer vers le bas dans une masse de liquide de refroidissement s'écoulant continuellement vers le bas.
Suivant la présente invention, un procédé de fabrication de tubes à parois minces ou de pellicules tubulaires où l'on extrude de façon continue une matière organique thermoplastique fondue en forme de tube et on entraîne de façon continue le tube vers le bas dans une direction pratiquement verticale depuis l'appareil d'extrusion tout en entretenant à l'intérieur du tube un certain volume de gaz choisi pour que le degré de gonflement et la vitesse d'entraînement du tube provoquent une réduction de son épaisseur, est caractérisé en ce que le tube gonflé est dirigé dans un passage dont la section transversale est pratiquement circulaire au moins à l'extrémité d'entrée du tube et qui est intérieurement baigné par un liquide de refroidissement s'écoulant vers le bas,
qui vient en contact avec toute la surface extérieure du tube ou de la pellicule tubulaire traversant le passage.
Le liquide de refroidissement est de préférence fourni de manière continue par une masse de liquide qui entoure la surface extérieure de la paroi du passage et peut refroidir cette surface. Un refroidissement supplémentaire peut être assuré en faisant circuler un agent de re-
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froidissement, par exemple l'eau de la distribution ou un réfrigérant, dans la paroi du passage qui doit être alors une paroi creuse ou comportant des forages appropriés; ce refroidissement supplémentaire est désirable par exemple dans le cas de pellicules relativement épaisses.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, un appareil pour la fabrication de tubes à parois minces ou de pellicules tubulaires qui comprend un dispositif d'extrusion pouvant extruder une matière thermoplastique organique fondue par un orifice annulaire, un dispositif pour entraîner le tube extrudé vers le bas et en substance verticalement depuis le dispositif d'extrusion et un dispositif pour introduire et entretenir un certain volume de gaz à l'intérieur du tube, est caractérisé en ce qu'il comporte, entre l'orifice d'extrusion et le dispositif d'étirage, un passage dont la section transversale est pratiquement circulaire au moins à son extrémité voisine du dispositif d'extrusion, et qui est muni d'un dispositif dirigeant un liquide de refroidissement s'écoulant vers le bas uniformément sur sa paroi intérieure.
Le dispositif fournissant le liquide de refroidissement peut, de préférence, maintenir une masse de liquide autour de la surface extérueure de la paroi du passage.
Dans une forme préférée de l'invention, la circonférence du passage, depuis le point où le tube gonflé entre pour la première fois en contact avec le liquide de refroidissement, est un peu plus grande que celle du tube gonflé ; précisément, cette circonférence est de préférence supérieure à celle du tube gonflé d'une longueur suffisante pour compenser l'épaisseur de la couche de liquide ruisselant sur les parois du passage. Le tube est ainsi uniformément en contact avec le liquide de refroidissement sur toute sa surface et ne peut se plisser. La circonférence du passage peut être égale, supérieure ou inférieure à celle de l'orifice d'extrusion.
Le volume de gaz est généralement retenu à l'intérieur du tube en aplatissant la pellicule à l'aide d'une paire de rouleaux pinceurs (qui servent également à entraîner le tube sortant du dispositif d'extrusion) à sa sortie du passage. Toutefois, le tube peut être fendu longitudinalement en un ou plusieurs points avant de passer entre les rouleaux pinceurs à condition de prendre les précautions voulues pour empêcher une réduction de pression à l'intérieur de la pellicule ; précautions peuvent consister par exemple à immerger les rouleaux pin- ceurs dans l'eau et à fendre la pellicule sous la surface de l'eau. On obtient ainsi une ou plusieurs bandes de pellicule ou feuille plates.
Un procédé avantageux, conforme à l'invention, est représenté schématiquement dans le dessin annexé où 1 est un orifice annulaire d'extrusion d'où la matière thermoplastique fondue sort sous la forme d'un tube 2, qui est étiré verticalement depuis la filière et gonflé par de l'air amené par la conduite d'entrée 3.4 est un bain d'eau froide venant de la conduite d'entrée 5, ce bain comportant un passage central 6 dans lequel passe la pellicule dès sa sortie de l'orifice d'extrusion. La section transversale de ce passage est circulaire et définie par une paroi 7 plus basse que la paroi extérieure du bain. Une seconde paroi circulaire 8 entoure la paroi inférieure de façon à ménager un espace annulaire étroit 9, de 0,25 pouce (6 mm) par exemple, entre les deux parois.
Cette paroi extérieure doit arrêter les vagues qui peuvent se former dans le réservoir principal 4 pendant l'opération d'extrusion ; ces vagues produiraient des irrégularités dans la pellicule si elles pouvaient atteindre la surface du tube. La hauteur de cette paroi extérieure peut être réglée à l'aide d'un solide pas de vis coopérant avec un collier taraudé 10 ; paroi est également percée d'un certain nom-
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bre de trous 11 de 13 mm de diamètre permettant à l'eau de s'écouler du bain dans l'espace annulaire. La paroi 8 est maintenue au-dessus du ni- veau de l'eau en 4, mais en dessous de la paroi extérieure du bain. Une paire de plaques plates 12 sont montées à charnières à la partie infé- rieure du bain 4 et peuvent être rapprochées du centre à l'aide d'une vis et d'un écrou non représentés.
Ces plaques peuvent être en métal poli, dépoli ou recouvert de polytétrafluoréthylène ; déterminent un changement de la section transversale de la pellicule, la faisant passer d'une section transversale circulaire à la forme approximative d'une ellipse à petit axe décroissant. La pellicule descendue entre les pla- ques passe entre une paire de rouleaux pinceurs 13 dont l'un est de pré- férence recouvert de caoutchouc et entraîné à une vitesse choisie en rapport avec la vitesse d'extrusion et le gonflement de la pellicule pour donner à celle-ci l'épaisseur voulue. La pellicule tubulaire aplatie passe alors sur un autre rouleau ou sur plusieurs rouleaux 14 qui peuvent être entraînés ou non.
De cette façon, la direction de la pellicule est modifiée et on peut la faire sortir du bain 15 (auquel sont attachés les paliers des rouleaux 13 et 14). Ce bain 15 comporte un orifice de sortie 16 dont la hauteur est réglable et peut être rempli d'eau à la profondeur choisie. Il n'est donc pas nécessaire que ce bain contienne d'autre liquide que celui qui ruisselle avec la pellicule à moins qu'on ne désire fendre la pellicule sous l'eau, comme décrit ci-dessus, avant qu'elle n' atteigne les rouleaux pinceurs.
La paroi 7 peut être creuse ou forée de façon appropriée pour y faire circuler un agent de refroidissement. Diverses autres modifications peuvent être apportées à l'appareil et au procédé décrits. Par exemple, l'eau de refroidissement peut être remplacée par un autre liquide quelconque dont le point d'ébullition n'est pas très inférieur à celui de l'eau, et qui n'exerce aucun effet indésirable sur la pellicule; la pression d'air et la vitesse d'entraînement peuvent être choisies pour obtenir un tube dont le diamètre final est égal ou supérieur au diamètre du tube extrudé au lieu d'être inférieur comme sur le dessin ; et les deux plaques inclinées 12 représentées sur le dessin peuvent être remplacées par deux séries convergentes de rouleaux ou de barres.
Dans un exemple particulier, le procédé de l'invention a été appliqué avec l'appareil décrit et représenté au dessin, de la façon suivante :
On extrude du téréphtalate de polyéthylène d'un poids moléculaire moyen de 10. 000 environ à une température de 285 C par une filière annulaire de 3 pouces (76,19 mm) de diamètre extérieur et de 2,984 pouces (75,79 mm) de diamètre intérieur, et on le refroidit en le faisant passer dans un passage circulaire d'un diamètre légèrement inférieur à 3 pouces, placé immédiatement en dessous de la sortie de la filière. La pression d'air à l'intérieur du tube est réglée à 0,25 pouce (6 mm) de colonne d' eau. La paroi extérieure 7 représentée sur le dessin se trouve à 0,25 pouce (6 mm) au-dessus de la paroi du passage 6.
La vitesse d'écoulement de l'eau sur cette paroi est réglée pour être suffisante pour refroidir le téréphtalate de polyéthylène fondu lorsque le dispositif d'extrusion débite environ 50 livres/heure (22 kg/h) et que la vitesse d'entraînement est 40 pieds/minute (12 m/min.) Le tube formé dans ces conditions a un diamètre de 2,75 pouces (7 cm) et une épaisseur de paroi de 3 milli- èmes de pouce (0,07 mm).
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The present invention relates to the manufacture of tubes with thin walls or of tubular or flat films from thermoplastic organic materials.
It relates in particular to processes in which a molten organic thermoplastic material is continuously extruded through an annular die, the tube formed is driven downwards while maintaining a certain volume of gas inside the tube. , this volume of gas and the speed of driving the tube from the die being chosen to cause a reduction in the thickness of the walls of the tube, and in which the formed tubular film is flattened, after cooling, at the same time. using nip rollers.
In applying this method to the manufacture of tubular films from thermoplastics having high melting points and giving mobile melts, it is desirable to cool the swollen film as quickly as possible to keep it to a minimum. the length of the bubble formed and maintained within the film between the extrusion die and the flatten rollers. The bubble can thus be easily maintained in alignment with the extrusion die and the film can be uniformly inflated.
It has previously been proposed to manufacture films by a variant of this process in which the swollen tubular film is passed through a cooling liquid where the nip rolls are immersed. However, when air or other gas is used to swell a material having a high melting point and giving a highly mobile melt, for example linear superpolyamides and linear superpolyesters such as polyethylene terephthalate, the internal pressure required to swell the film, even when the diameter of the tube is substantially increased, is so small that the swollen film is flattened by the pressure of the water if it is passed through a water bath before the molten material has dissolved. sufficiently cooled to prevent contacting surfaces of the flattened film from sticking together.
It has also been proposed to cool extruded objects such as fibers, films, tubes and coatings of thermoplastic organic materials by passing them downwardly into a mass of cooling liquid continuously flowing downward.
According to the present invention, a process for the manufacture of thin-walled tubes or tubular films wherein a molten thermoplastic organic material is continuously extruded into a tube-like form and the tube is continuously driven downward in a substantially direction. vertical from the extrusion apparatus while maintaining inside the tube a certain volume of gas chosen so that the degree of swelling and the driving speed of the tube cause a reduction in its thickness, is characterized in that the inflated tube is directed into a passage whose cross section is practically circular at least at the inlet end of the tube and which is internally bathed by a cooling liquid flowing downward,
which comes into contact with the entire outer surface of the tube or tubular film passing through the passage.
The cooling liquid is preferably supplied continuously by a mass of liquid which surrounds the outer surface of the wall of the passage and can cool this surface. Additional cooling can be provided by circulating a cooling agent.
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cooling, for example the water from the distribution or a coolant, in the wall of the passage which must then be a hollow wall or having suitable boreholes; this additional cooling is desirable, for example, in the case of relatively thick films.
According to another feature of the invention, an apparatus for manufacturing thin-walled tubes or tubular films which comprises an extrusion device capable of extruding a molten organic thermoplastic material through an annular orifice, a device for driving the extruded tube towards the bottom and substantially vertically from the extrusion device and a device for introducing and maintaining a certain volume of gas inside the tube, is characterized in that it comprises, between the extrusion orifice and the device drawing, a passage whose cross section is substantially circular at least at its end adjacent to the extrusion device, and which is provided with a device directing a cooling liquid flowing down uniformly on its inner wall.
The device supplying the coolant can preferably maintain a mass of liquid around the outer surface of the wall of the passage.
In a preferred form of the invention, the circumference of the passage from the point where the inflated tube first comes into contact with the coolant is somewhat greater than that of the inflated tube; specifically, this circumference is preferably greater than that of the inflated tube of sufficient length to compensate for the thickness of the layer of liquid flowing on the walls of the passage. The tube is thus uniformly in contact with the coolant over its entire surface and cannot wrinkle. The circumference of the passage can be equal to, greater than or less than that of the extrusion orifice.
The volume of gas is generally retained inside the tube by flattening the film using a pair of pinch rollers (which also serve to drive the tube exiting the extruder) as it exits the passage. However, the tube may be split longitudinally at one or more points before passing between the nip rolls provided that the necessary precautions are taken to prevent a reduction in pressure inside the film; Precautions may include, for example, immersing the nip rollers in water and splitting the film below the surface of the water. One or more strips of film or flat sheet are thus obtained.
An advantageous process, according to the invention, is shown schematically in the accompanying drawing where 1 is an annular extrusion orifice from which the molten thermoplastic material exits in the form of a tube 2, which is stretched vertically from the die. and inflated by the air supplied by the inlet pipe 3.4 is a bath of cold water coming from the inlet pipe 5, this bath comprising a central passage 6 in which the film passes as soon as it leaves the orifice extrusion. The cross section of this passage is circular and defined by a wall 7 lower than the outer wall of the bath. A second circular wall 8 surrounds the bottom wall so as to provide a narrow annular space 9, of 0.25 inch (6 mm) for example, between the two walls.
This outer wall must stop the waves which may form in the main tank 4 during the extrusion operation; these waves would produce irregularities in the film if they could reach the surface of the tube. The height of this outer wall can be adjusted using a solid thread cooperating with a threaded collar 10; wall is also pierced by a certain name-
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bre of holes 11 13 mm in diameter allowing water to flow from the bath into the annular space. The wall 8 is maintained above the water level at 4, but below the outer wall of the bath. A pair of flat plates 12 are hinged to the lower part of the bath 4 and can be moved closer to the center by means of a screw and a nut, not shown.
These plates can be in polished, frosted or polytetrafluoroethylene coated metal; determine a change in the cross section of the film from a circular cross section to the approximate shape of an ellipse with a small decreasing axis. The film descended between the plates passes between a pair of nip rollers 13, one of which is preferably rubber covered and driven at a speed selected in relation to the extrusion speed and swelling of the film to give to it the desired thickness. The flattened tubular film then passes over another roll or over several rolls 14 which may or may not be driven.
In this way, the direction of the film is changed and it can be taken out of the bath 15 (to which the bearings of the rollers 13 and 14 are attached). This bath 15 has an outlet orifice 16, the height of which is adjustable and can be filled with water to the chosen depth. It is therefore not necessary that this bath contain any liquid other than that which runs off with the film, unless it is desired to split the film under water, as described above, before it reaches. nip rollers.
The wall 7 may be appropriately hollow or drilled to circulate a cooling medium therein. Various other modifications can be made to the apparatus and method described. For example, the cooling water can be replaced by any other liquid whose boiling point is not much lower than that of water, and which has no undesirable effect on the film; the air pressure and the driving speed can be chosen to obtain a tube whose final diameter is equal to or greater than the diameter of the extruded tube instead of being smaller as in the drawing; and the two inclined plates 12 shown in the drawing can be replaced by two converging series of rollers or bars.
In a particular example, the method of the invention has been applied with the apparatus described and represented in the drawing, as follows:
Polyethylene terephthalate with an average molecular weight of about 10,000 at a temperature of 285 ° C was extruded through an annular die 3 inches (76.19 mm) outside diameter and 2.984 inches (75.79 mm) in diameter. inside diameter, and cooled by passing it through a circular passage slightly less than 3 inches in diameter, placed immediately below the outlet of the die. The air pressure inside the tube is set at 0.25 inch (6 mm) water column. The outer wall 7 shown in the drawing is 0.25 inch (6 mm) above the wall of passage 6.
The water flow rate over this wall is set to be sufficient to cool the molten polyethylene terephthalate when the extruder is delivering about 50 lbs / hour (22 kg / hr) and the drive speed is 40 feet / minute (12 m / min.) The tube formed under these conditions had a diameter of 2.75 inches (7 cm) and a wall thickness of 3 milths of an inch (0.07 mm).