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"PERFECTIONNEMENTS A LA FABRI CATION DES FILS CORDES. BANDES ET ANALOGUES. ELASTIQUES EN CAOUTHOUC."
La présente invention se rapporte à la fabrica- tion de fils, cordes fines et bandes élastiques, ainsi que de tubes élastiques en caoutchouc et pro- duits analogues, de faible section, à partir, soit de caoutchouc coagulé ordinaire ou de mélange dudit, soit de dispersions (naturelles ou artificielles ) de caoutchouc dans l'eau, avec ou sans les additions employées d'ordinaire dans la fabrication du caout- chouc, telles que celles de matières de remplissages, agents vulcaisants, colorants et analogues.
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La matière constituant la 'base de composi- tion du produit peut être, au lieu de caoutchouc, au sens propre du mot, d'autres substances analogues, par exemple, la gutta-percha, le balatum ou le caoutchouc synthétique et l'expression de "caout- chouc" telle qu'utilisée au cours de la présente description, doit être comprise dans le sens d'un terme générique, englobant tous ces succédanés du caoutchouc proprement dit.
Le but de l'invention est la constitution d'un procédé de fabrication, en longueurs ininter- rompues, d'un caoutchouc tel que ci-dessus défini, procédéévitant certaines difficultés pratiques jusqu'à présent rencontrées dans la fabrication d'un tel produit.
Le procédé, conforme à la présente invention, de fabrication de fils , corde, tube et analogues élastiques en caoutchouc, de faible section, en longueurs ininterrompues, est caractérisé par la formation continue d'une "longueur-mère" de substance non vulcanisée, ou pratiquement telle, ou de conglo- mérat de latex vulcanisé, contenant au moins une partie importante' de l'eau de la dispersion. Ladite "longueur-mère" a une section de forme correspondant à celle dumatériau final à produire et de surface supérieure à celle-ci. Le procédé de l'invention comporte encore l'étirage de cette longueur-mète jusqu'à une surface de section plus faible et, par conséquent, une.longueur supérieure et, si nécessai- re la vulcanisation du produit ainsi étiré.
On sait que le caoutchouc' non vulcanisé possède'les propriété suivantes. Si l'on en étire ou
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qu'on en déforme d'une façon quelconque, un échan- tillon et qu'on supprime ensuite la traction qui a donné naissance à la déformation, l'échantillon ne reviendra que partiellement à sa forme et à ses di- mensions originales et restera plus ou moins déformé de façon permanente . Le degré de ladite déforma'- tion permanente dépendra de-la grandeur de l'effort déformante appliqué, de la ,'-urée de cette déforma- tion, de la -température du caoutchouc pendant la déformation, des propriétés générales et de la qualité du caoutchouc.dont est composé l'échantillon.
Mais si, avant de supprimer l'action déformante, on chauffe l'échantillon déformé, à une température, convenable et pendant un temps suffi- sant, en prenant soin que,pendant la période de chauffage la déformation reste inaltérée, celle- , ,ci persistera sans changement sur l'échantillon, après que¯ 1'on;.aura supprimé la tension déformante:
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ledit chantil1on, sra donc 1,éforqé en permanence 'et il .pourra ensuite être soumis a de nouvelles défor- . mations, par application de nouveaux étirages et se comportera alors, à tous égards, comme le caoutchouc original.
De plus, si la tension déformante a été appliquée de façon strictement linéaire et dans une seule direction, la pième déformée en per- manence restera, dans la forme de sa section per- , pendiculaire à la direction de la tens,ion appliquée, en relation d'exacte similitude 'géométrique avec la section originale de l'échantillon,avant déformation.
C'est ainsi que sion étire une tige, ou une corde' de caoutchouc non vulcanisé, par application d'une
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tension exactement axiale, la section de la pièce étirée sera de forme identique à la section origi- nale de la pièce avant étirage, mais, bien entendu, de surface plus faible, la surface de section étant en raison inverse de la longueur de la pièce.
La présente invention est basée sur ces constatations, dont elle prévoit une application ' particulièrement simple sous forme d'un nouveau procédé de fabrication de fil, corde et analogues, élastiques, en caoutchouc.
L'invention est facilement applicable sous la forme de modification de la méthode connue de fabrication de fils et analogues en longueurs continues, suivant laquelle le fil est formé par refoulement à la presse d'une dispersion de caout- chouc coagulable par /la chaleur, comportant des matières de remplissage,des agents vulcahisants 'et des colorants, ou analogues, incorporés, ladite dispersion étant- amenée'à coaguler à mesure qu'-elle traverse la tuyère d'expulsion, grâce à la chaleur qui lui est communiquée par les parois de la tuyère.
L'expérience a démontré que cette métho- de est assez lente, à cause de la résistance,méca- nique qui s'oppose au passage de la matière en coa- gulation, à travers,la tuyère d'expulsion.
Toutefois , en appliquant à cette méthode le procédé conforme à l'invention, on vient à bout de cette difficulté et la méthode mentionnée- devient d'application rapide et constitue alors, à tous points de vue, un processus industriel pratique.
Il doit être bien entendu, cependant que limitée l'invention n'est nullemen a son application aux méthodes de= fabrication par refoulement et qu'elle
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est d'une applicabilité tout à fait générale, comm il apparaîtra de la suite de la description.
On a constaté que lorsqu'une fine corde de caoutchouc non vulcanisé est convenablement mise sous tension, cette corde peut s'allonger, sans se rompre jusqu'à plusieurs fois sa longueur originale, et pourvu que le mélange de caoutchouc dont elle est composée soit d'une homogénéité suf- fisante la corde conservera, sur toute sa longueur allongée, sa forme de section originale, sauf en général, au voisinage immédiat ces points extrêmes où la tension est appliquée-
Il est donc possible, comme on le cons- tatera, en procédant conformément à la présente invention, de fabriquer très facilement un fil, une corde, une bande ou un tube en grandes longueurs ininterrompues, car il est relativement facile', d'une façon générale, par exemple, grâce au procédé de refoulement mentionné ci-dessus,
de produire des longueurs-mères comportant-une section égale à plusieurs fois celle du fil, ou analogue, à fahri- quer et, lorsque' de telles longueurs-mères ont été formées, il ne reste plus qu'à les étirer, confor- mément à ,l'invention, d'une quantité convenable avant la phase de vulcanisation ou les diverses opé- rations de finissage de la technique usuelle.
Dans l'application à ladite méthode , connue de refoulement, on obtient 'l'avantage d'une économie directe de temps dans la production du fil, de la corde ou analogue ou, en d'autres termes,
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d'une acoélération'directe¯du"fonctionnenient de la méthode. De plus,dans le cas envisagé de la méthode de refoulement, on a l'avantage supplémentaire que,
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grâce à la plus grande largeur d'orifice de la .tu- , yère de refoulement, on peut obtenir une longueur- mère, et par suite aussi une/longueur étirée, de plus grande régularité de forme et de section qu'a vec la seule méthode connue d'expulsion directe des longueurs de produit avec leur section définitive.
L'invention est également applicable à la méthode connue de production de fil etde bande de caoutchouc, 'suivant laquelle une longueur-mère de caoutchouc non vulcanisé obtenu à partir de latex tandis qu'elle contient;encore une proportion im- portante d'eau est débitée de façon continue, sous une série de couteaux espacés,quindivisent la feuil- le en fils ou en bandes, qui sont ensuite vulcanis'és.
Dans ce cas, il sera également possible, grâce à l'inventbn, d'utiliser des bandes-mères de' section plus grande qu'auparavant, en partant d'une feuille- mère de plus grande épaisseur et en étirant les fils, une fois coupés, jusqu'à ce que la section désirée soit atteinte, comme ci-dessus décrit.
On remarquera, par suite, que, comme déjà énoncé, l'invention est susceptible d'applica- tions très étendues, c'est-à-dire, que ses applica- tions sont indépendantes des organes ou du procédé au moyen desquels les longueurs-mères ont été produites, pourvu, bien entendu, que lesdites lon- gueurs-mères puissent être traitées par le procédé d'étirage qui est la caractéristique de l'invention.,
Grâce à ce procédé, il est possible d'obtenir des fils ou des bandes ayant des sections inférieures à celles des longueurs-mères correspondantes, jus- qu'au point où le permet.le permet le degré d'uni- formité de la çomposition de caoutchouc dont sont
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formées les longueurs-mères.
Le degré nécessaire d'extension de la longueur-mère dépendra, bien entendu,'de la surface de sa section par rapport à la surface de section désirée pour le fil ou analogue à produire. L'allon- gement auquel les longueurs-mères peuvent être sou- mises en une seule opération d'étirage dépendra d'un certain nombre de facteurs, parmi lesquels, comme on s'en rendra compte, la nature du mélange de caoutchouc duquel sont faites les longueurs- mères, le degré de plasticité dudit mélange, le pourcentage d'eau contenu dans le fil et, finale- ment, la température à laquelle aura lieu l'étirage.
Dans le cas de fil de caoutchouc produit à partir d'un mélange homogène riche en caoutchouc, que ce fil ait été produit à partir d'un mélange calandre, ou d'une feuille-mère de caoutchouc non vulcanisé obtenu du latex ou d'une dispersion analo- gue de caoutchouc dans l'eau, ladite feuille étant coupée en fils, alors qu'elle contient encore une proportion importante d'eau, ou bien que le fil ait été produit par la méthode de refoulement avec coagulation par la chaleur mentionnée plus haut, on pourra facilement obtenir en une seule opéra- tion d'étirage, un allongement de la longueur-mère, de laquelle est tiré le fil, égal à 800 à 900 % de la longueur primitive.
Il faut ajouter à ce sujet 'qu'il a été trouvé commode et, en général, plus convenable, de limiter l'allongement obtenu en une opération quel- conque d'étirage, à une valeur n'excédant pas la moi- tié de l'allongement de rupture de la longueur-mèr e.
De plus, on a constaté que dans les conditions de sécurité et de commodité convenables
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le maximum d'étirage d'une longueur-mère, conforme ment à l'invention, peut être très appréciablement augmenté si l'opération d'étirage a lieu par phases successives, les longueurs partiellement étirées étant entre chaque phase d'étirage et la suivante, soumis à une application de chaleur, par exemple, par immersion dans l'eau chaude. Cette application de chaleur à la longueur de caoutchouc partiellement étirée à pour effet de fixer l'allongement déjà obtenu, comme décrit plus haut et, aussi, de ren- dre le caoutchouc susceptible de sub ' une nouvel opération d'étirage.
Dans certains cas, c'est-à-dire, dans ceux où le fil de caoutchouc reste suffisamment ferme, à la température élevée d'un bain de chauffa- ge tel que mentionné pour la fixation de l'allonge- ment du fil partiellement étiré, pour qu'il ne ris- que pas de déformation superficielle appréciable pendant des enroulements dt des déroulements succes- sifs, il est possible d'étirer et de chauffer simul- tanément : on fera l'opération d'étirage,le fil éte.nt immergé dans un bain porté à la température nécessaire, au lieu d'interposer une phase distincte de chauffage entre des phases successives d'étirage.
L'invention comprend encore une méthode d'exécution de l'opération d'étirage de la longueur- mère de caoutchouc, qui consiste à faire débiter de façon continue ladite longueur-mère sur un tam- bour d'approvisionnement tournant à une vitesse périphérique égale à la vitesse de formation et de débit de la longueur-mère, à faire enrouler sur ,ledit tambour la longueur-mère débitée, à faire
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débiter par le tambour ladite longueur-mère sur un second tambour tournant à une vitesse périphérique dépassant celle du premier d'une 'quantité propor- tionnelle au degré d'étirage désiré pour-la longueur- mère.
Cette méthode d'étirage de la longueur- mère peut/bien entendu, être appliquée à la pro- duction simultanée de plusieurs longueurs dont les longueurs-mères sont débitées à la périphérie d'un tambour d'approvisionnement commun à toutes et, de là, transmises à un second taubour également commun.
De plus ladite méthode d'étirage peut commodément être appliquée à la forme de mise en pratique de l'invention, suivant laquelle l'étirage a lieu en plusieurs phases. Il y aurait, dans ce cas,une série de tambours d'étirage successifs, les longueurs de caoutchouc partiellement étirées se- raient débitées de l'un à l'autre de ces tambours successivement et les différents tambours tourne- raient à des vitesse périphériques graduellement croissantes.
Au cas où. le fil,ou analogue, est soumis, une fois étiré, à la chaleur, pour fixer son allon- gement, soit entre les phases successives d'étirage, soit à l'état d'allongement final, le fil ou analo- . gue peut être débité par le tambour d'étirage au- tour d'un tambour de chauffage tournant à la même vitesse périphérique que le tambour d'étirage. Dans le cas d'étirages graduels, la longueur partielle- ment étirée, 'une fois son allongement fixé, peut être débitée par le tambour de chauffage pour une se seconde, une troisième, ou une quatrième phase
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(suivant le cas) sur un tambour d'approvisionnement qui, à son tour, débite le fil au tambour d'étirage suivant de la série, et ainsi de suite.
Ou bien en- core, le fil, ou analogue, étiré peut être débité par le rouleau de chauffage sur un rouleau collec- teur ou, s'il doit y avoir vulcanisation,il peut être débité sur un tambour de vulcanisation, entrainé, bien entendu, en rotation à la même vitesse périphé- rique que les rouleaux de chauffage.
Si on le désire, toutefois, la disposi- tion peut aisément être faite telle que le ou les tambours d'étirage eux-mêmes constituent les tam- bours de chauffage. Par exemple , le fil peut être étiré à l'état d'immersion dans l'eau chaude, les différents tambours de l'appareil tournant eux- mêmes à l'état d'immersion partielle ou complète dans un bain d'eau chaude et les tambours d'étirage servant, chacun à son tour, de tambour d'alimen- tation pour le tambour d'étirage suivant.
Les tambours. de chauffage peuvent, si on le désire, être disposés de manière à communiquer à travers leurs propres parois la chaleur nécessai- re au fil, ou analogue, enroulé sur eux ; parexem- ple, ils peuvent être creux et chauffés à leur in- térieur par de la vapeur ou un autre fluide de chauf- fage, circulant à travers le tambour.
Les dessins, purement schématiques, joints à titre d'exemples d'applications non limi- tatifs, permettront de mieux comprendre le procédé perfectionné objet de l' invention.
Les figures 1 et 2 représentent, la première en élévation latérale, la seconde en plan, un tambour d'approvisionnement 1, recevant à sa
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périphérie, une longueur-mère 2 de caoutchouc qui, après un tour autour du tambour 1, comme indiqué à la figure 2, est fournie par celui-ci au tambour d'étirage 3, à la périphérie duquel la rotation l'enroule.
Ces tambours 1, 3, peuvent être de matière quelconque, par exemple de fer ou d'aluminium, et de toutes dimensions désirées,suivant les conve- nances ou les exigences du fonctionnement. Par exemple,, dans le cas de la fabrication de fil de caoutchouc, les deux tambours peuvent avoir tous deux un diamètre de 5 à 6 cm., le tambour d'étirage 3 peut tourner à une vitesse triple de celle du tambour d'approvisionnement 1, et, par suite, triple de .la vitesse de débit de la longueur-mère 2 et les deux tambours 1, 3 peuvent être espacés à, environ 20 cm., entre axes.
La longueur-mère 2 est débitée lâche à la surface du tambour d'approvisionnement 1, afin d'éviter qu'elle soit allongée encore et elle res- te dans cet état de non-allongement tant qu'elle est à la surface du tambour d'appr ovisionnement.
Toutefois, le tambour d'étirage 3 tournant à une vïtesse périphérique, supérieure à celle du tambour d'approvisionnement 1, la longueur de caout- chouc, pendant son passage de la surface du tambour 1 à celle du tambour 3 subit un allongement et une dimution correspondante de section, à un degré proportionnel au rapport desdites vitesses péri- phériques. Si, comme indiqué, ce rapport est de 3 à 1,l'allongement du fil sera de 300 % et sa sur- face de section sera réduite des 2/3, mais ceci, comme indiqué plus haut, sans changement de forme
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de sa section. Par conséquent, si, par exemple, le numéro du fil-mère est 24, celui du fil étiré scia environ 42 .
Les tambours d'approvisionnement et d'é- tirage 1, 3 peuvent, si on le désire, être' revêtus de caoutchouc vulcanisé recouvert de'laque ou ma- tière analogue, susceptible,lorsqu'elle est sèche, d'éviter le glissement des longueurs de caoutchouc enroulées sur elle, plus particulièrement au voisi- nage des points de tangence 4, où le fil étiré est débité ou admis à la surface du tambour. Ou bien les tambours, particulièrement s'ils sont en alu- minium peuvent être humectés d'eu pour provoquer l'effet anti-glissant mentionné, ou bien'encore, la longueur-mère de caoutchouc, elle-même, peut être humectée d'eau dans,le même but.
Quand le tambour d'étirage 3, est plein c'est-à-dire quand sa surface est couverte de fil étiré, on le retire en bloc de ses paliers, avec le fil qui y est enroulé et on le plonge dans l'eau, bouillante pendant un temps court, pour fixer pra- t iquement l'allongement du fil, comme précédemment expliqué.
Le tambour d'étirage 3 pourra avantageu- sement être pourvu d'organes de guidage du .fil, à mesure qu'il arrive sur le tambour, afin d'éviter le chevauchement des spires à la surface du tambour.
Si on le désire ou que cela soit néces- saire, le fil étiré, d'allongement fixé, peut en- suite être soumis à une nouvelle opération d'éti- rage, ou à une série de telles opérations addi- tionnelles d'étirage. Par ce moyen, il est aisément
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possible d'obtenir, à partir d'un fil-mère de nu- méro 24, par exemple,un fil définitif des numéros '72, 124, 216,ou même plus.De plus, il est clair qu'en faisant varier convenablement le numéro de la longueur-mère initiale, ou en faisant varier le rapport des vitesses périphériques des tambours d'étirage et d'approvisionnerent, ou par les deux procédés à la fois, on pourra obtenir pratiquement tout numéro désiré pour le produit final.
Le fil complètement étiré doit maintenant être vulcanisé et, dans ce but, il peut être enruulé directement du tambour d'étirage sur un tambour de vulcanisation, où il est soumis à la chaleur néces- saire à sa'vulcanisation.
Les figures 3 et 4 des dessins, représentent à titre d'exemples, en élévation latérale et en plan, un appareil disposé conformément à l'invention, pour la mise en oeuvre de la méthode mentionnée ci-dessus d'étirage des longueurs de caoutchouc.
La longueur-mère de' caoutchouc est débitée, comme précédemment, à l'état lâche, ou non tendu., sur la surface d'un tambour d'approvisionnement 1, tournant à une vitesse périphérique égale à la vitesse de débit du matériau. La longueur-mère s'enroule une fois autour du tambour d'approvision- nement 1, et, de là, elle est débitée à la surface d'un premier tambour. d'étirage 5,de diamètre égal à celui du tambour d'approvisionnement 1, mais tournant, par exemple, trois fois plus vite.
La lon- gueur de caoutchouc partiellement étirée s'enroule ensuite;, par exemple une fois autour du tambour 3, comme représenté et, du point de tangence 4, elle est débitée à la surface d'un tambour d'immersion 6,
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plus grand, qui tourne à une vitesse périphérique égale à celle du réciter tambour d'étirage 5 et a pour fonction d'immerger la longueur de matériau partiellement étirée dans un bain 7 d'eau chaude.
L'effet de la chaleur de ce bain est de fixer pra- tiquement l'allongement du fil partiellement étiré en place autour du tambour 6. Du point de tangence 4 au tambour 6, la longueur de caoutchouc allongée passe à un tambour d'approvisionnement de seconde phase 3, de même diamètre que le tambour d'approvi- sionnement de première phase 5 et tournant à la même vitesse périphérique que celui-c i.
De la sur- face du tambour 8, le fil partiellement étiré est débité sur un tambour d'étirage de seconde phase 9, encore de diamètre égal au tambour d'étirage du premier étage 5, mais tournant , par exemple, à une vitesse périphérique tr iple. Ce tambour d'étirage de seconde phase allongera donc encore le fil, et ce dernier, une fois allongé,passera à un tambour de chauffage de seconde phase 10, de même diamètre que le tambour 6, mais tournant à une vitesse périphé- rique égale à celle du tambour d'étirage de seconde phase .
Par conséquent, en supposant qu'il y ait encore une ou plusieurs phases à parcourir au cours de l'opération d'étirage, le fil, ou analogue, partiellement étiré sera débité par le tambour de chauffage de seconde phase 10, à la surface d'un tambour d'approvisionnement de troisième phase 11, tournant encore à la même vitesse périphérique que le tambour d'étirage du second étage,de là, sur un tambour d'étirage de troisième phase, ensuite, sur un tambour de chauffage ,de troisième phase et, soit sur un tambour collecteur pour la totalité du
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fil étiré, soit sur un tambour d'approvisionnement de quatrième phase, en vue d'une ou plusieurs phases additionnelles d'étirage.
Dans le cas ci-dessus décrit, où l'éti- rage du fil a lieu, celui-ci étant maintenu immer- gé dans un bain chaud, l'appareil, on le comprend, ne comporte qu'une série de tambours d'étirage tournant autour d'axes parallèles entre eux, en immersion dans le bain chaud, la vitesse périphé- rique de chaque tambour étant un multiple de celle du tambour qui le précède dans la série. La combi- naison comporte aussi:, bien entendu, un tambour d'approvisionnement qui débite la longueur-mère initiale sur le premier des tambours d'étirage.
La température et la durée de la phase de chauffage destinée à fixer l'allongement du fil ou analogue, non vulcanisé, variera d'une fa- çon générale avec la nature du caoutchouc employé.
Dans le cas d'un mélange normal à haute teneur en caputchouc, quelques secondes à la température d'ébulition de l'eau suffiront pour fixer, par exemple,un allongement de 3 à 1 du fil de caout- chouc. Si, cependant, on emploie de l'eau à tempé- rature plus basse, une prolongation correspondante de la durée d'immersion sera nécessaire.
Comme mentionné précédemment, le procédé perfectionné conforme à l'invention est applicable à la fabrication de fils, cordes ou analogues à partir, soit de mélanges, de caoutchouc composés de caoutchouc déjà manufacturé, soit de dispersions de caoutchouc dans l'eau, soit de mélanges des deux. Dans ce dernier cas, le procédé de l' invention peut être appliqué, soit au produit fraichement
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coagulé, c'est-à-dire avant sa déshydration, soit à toute autre phase précédant la vulcanisation du matériau.
D'autre part, si l'on utilise une dis- persion de caoutchouc vulcanisé par exemple, du latex de caoutchouc vulcanisé, il est généralement nécessaire que la déshydration du matériau soit différée jusqu'à complétion de l'opération d'éti- rage, c'est-à-dire que le conglomérat de caoutchouc dont est fait le matériau du fil doit, jusqu'à complétion de l'opération d'étirage, conserver pratiquement la mène teneur en eau.
On a constaté que le procédé conforme à l' invent ion est applicable d'une façon toute spéciale à des longueurs-mères de caoutchouc pro- duites par la méthode, aujourd'hui bien connue, de dépôt à la chaleur, décrite au brevet français n 651.634 du 27 Janvier 1923, à son addition n 36.738 du 5 Mars 1929 et aux brevets français n 656,473 du 26 Juin 1928 et n 712.737 du 6 Mars 1931.
Dans le cas où la longueur-mère de caoutchouc est formée par refoulement avec emploi de la méthode mentionnée de dépôt par la chaleur , ladite longueur peut, avec certains mélanges, de- meurer suffisamment plastique, lorsqu'elle quitte la tuyère de refoulement, pour pouvoir subir une première opération d'étirage par enroulage direct sur un tambour tournant à une vitesse périphérique supérieure à la'vitesse de refoulement du caoutchouc, et ceci, sans interposition d'une phase de fixation par la chaleur entre cette première phase d'étirage et la seconde, mais avec interposition d'une phase de fixation par la chaleur entre tous les étirages
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subséquents jusqu'au degré désiré d'allongement.
La possibilité de fonctionnement de cette manière particulière dépend de la qualité du ca out- chouc constituant la longueur-mère et de la nature et de la quantité d'agents sensibilisateurs à la chaleur primitivement présents dans le mélange de latex refoulé.
Afin de faire mieux comprendre l'inventi@, on indiquera ci-après,' à titre non limitatif, quel- ques exemples de son application : EXEMPLE I.
Un fil de caoutchouc non vulcanisé de section carrée de 2mm. de côté, ohtenu à l'aide d'une des méthodes usuelles à partir d'une feuille de caout- chouc, elle-même obtenue, par exemple par calandrage d'un mélange de caoutchouc de la composition sui- vante (parties indiquées en poids) :
Caoutchouc......... 100 Accélérateur ....... 1
Soufre 7 fut passé dans un appareil conforme à la descrip- tion ci-dessus. On obtient ainsi cinq allongements de la* feuille-mère, chacun dans le rapport de 1 à 3 avec interposition d'une phase de chauffage, dans l'eau chaude entre les étirages s uccess if s.
Après le premier étirage, le fil avait une section de 1,15 mm. de côté, après le second, le côté de section était de 0,67 mm, après les 3ème,
4ème, 5ème allongements, le côté de la section (qui était restée carrée) mesurait, respectivement 0,38mm.
0,22 mm. et 0,128 mm. On obtint. ainsi un fil final de numéro 198,qui pouvait être vulcanisé et fini par un des procédés usuels.
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EXE@PLE II
Une longueur-mère de caoutchouc, produite par refoulement à partir d'un mélange de latex de la composition suivante (parties indiquées en poids): Caoutchouc (de latex ayant une teneur de
60% de caoutchouc sec)¯...... 120 Sulfate de magnésium ..................... 3 Sulfate d'ammonium- .........'.............. 3 Accélérateur ............................. 1,2 Soufre 7 Oxyde de zinc............'............ , , .. 0,7 au moyen du procédé susdit de dépôt par la chaleur décrit au brevet français n 651-684, du 27 Janvier 1928, fut passée dans un appareil tel que décrit ci-dessus, ladite longueur-mère étant à l'état non vulcanisé et contenant encore tout ou partie impor- tante de l'eau de dispersion initiale.
La tuyère de refoulement par laquelle la longueur-mère était produite avait une section intérieure du diamètre nécessaire pour produire un fil qui, après séchage, aurait eu un diamètre de 1,5 mm.
Après les trois premières phases d'éti- rage de la longueur-mère, le diamètre était réduit à 0,866 mm; 0,500 mm. et 0,288 mm. (ce qui corres- pond à la section d'un fil carré de n 100) respec- tivement et, après les deux phases suivantes (et dernières) le diamètre du fil était de 0,167 et 0,096 nm. (correspondant à un fil carré de n 298) respectivement. Le diamètre mes.uré dans cha que cas était celui du fil à l'état sec.
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EXEMPLE III
Une longueur-mère de caoutchouc, de composition et de méthode de formation semblable à celles énoncées à l'exemple II, fut étirée après séchage jusqu'à obtention des numéros de fil men- tionnées audit exemple, à l'aide d'appareils tels que décrits et représentés aux dessins, Liais en opé- rant simultanément l'étirage et le chauffage de la longueur de caoutchouc, l'étirage ayant lieu dans un bain d'eau bouillante.
EXE PLE IV . Une longueur-mère de caoutchouc, coupée dans une feuille de caoutchouc de latex à réparti- tion d'eau uniforme, mais abondante, obtenue confor- 'mément au procédé décrit au brevet français n 740.860 du 3 Août 1932, fut étirée, cette fois en- core jusqu'à obtention des numéros de fil mentionnés à l'exemple II et, comme dans le cas de l'exemple III, le fil étant maintenu immergé dans l'eau chaude pendant les opérations d'étirage.
Il doit être bien compris que la descrip- tion ci-dessus, les dessins joints et les exemples,. ne sont donnas que pour l'illustration de l'objet de 1 invention, cette dernière étant susceptible, sans atteinte à l'esprit de l'invention de nombreuses variantes, notamment en ce qui concerne les diuen- sions et vitesses des différents tambours et les numéros de fils mentionnés, suivant les nécessités de chaque cas.
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"IMPROVEMENTS IN THE MANUFACTURING OF WIRE ROPES. BANDS AND THE LIKE. ELASTICS IN RUBBER."
The present invention relates to the manufacture of threads, thin cords and elastic bands, as well as elastic rubber tubes and the like, of small cross-section, from either ordinary coagulated rubber or a mixture of said rubber. dispersions (natural or artificial) of rubber in water, with or without the additions ordinarily employed in the manufacture of rubber, such as fillers, curing agents, coloring and the like.
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The material constituting the basis of the composition of the product may be, instead of rubber, in the proper sense of the word, other analogous substances, for example, gutta-percha, balatum or synthetic rubber and the expression of "rubber" as used in the present description, should be understood in the sense of a generic term, encompassing all such substitutes for the rubber itself.
The object of the invention is the constitution of a manufacturing process, in uninterrupted lengths, of a rubber as defined above, a process avoiding certain practical difficulties hitherto encountered in the manufacture of such a product. .
The process according to the present invention for manufacturing elastic rubber threads, cord, tubing and the like, of small cross-section, in unbroken lengths, is characterized by the continuous formation of a "mother length" of unvulcanized substance, or substantially such, or vulcanized latex conglomerate containing at least a substantial portion of the water of the dispersion. Said "mother length" has a cross section of shape corresponding to that of the final material to be produced and of a surface area greater than this. The process of the invention also comprises the stretching of this meter length to a smaller cross-sectional area and, consequently, a greater length and, if necessary, the vulcanization of the product thus stretched.
It is known that unvulcanized rubber has the following properties. If we stretch or
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if we deform a sample in any way, and then remove the tension which gave rise to the deformation, the sample will only partially return to its original shape and dimensions and will remain more or less permanently deformed. The degree of said permanent deformation will depend on the magnitude of the deforming force applied, the urea of this deformation, the temperature of the rubber during deformation, the general properties and the quality. rubber of which the sample is made.
But if, before removing the deforming action, the deformed sample is heated to a suitable temperature and for a sufficient time, taking care that, during the heating period, the deformation remains unaltered, this,, ci will persist without change on the sample, after removing the distorting voltage:
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said chantil1on, sra 1, éforqé permanently 'and it .pourra then be subjected to new defor-. mations, by applying new draws and will then behave in all respects like the original rubber.
Moreover, if the deforming tension has been applied in a strictly linear fashion and in only one direction, the permanently deformed part will remain, in the shape of its section per-, pendicular to the direction of the applied tension, in relation of exact geometric similarity with the original section of the sample, before deformation.
This is how it stretches a rod or cord of unvulcanized rubber by applying a
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exactly axial tension, the section of the stretched part will be identical in shape to the original section of the part before stretching, but, of course, of smaller surface area, the section area being in inverse ratio to the length of the part .
The present invention is based on these findings, of which it provides for a particularly simple application in the form of a new process for manufacturing elastic thread, cord and the like in rubber.
The invention is readily applicable as a modification of the known method of manufacturing yarns and the like in continuous lengths, in which the yarn is formed by press-upsetting a dispersion of heat-coagulable rubber, comprising fillers, vulcanizing agents and colorants, or the like, incorporated, said dispersion being caused to coagulate as it passes through the expulsion nozzle by virtue of the heat imparted to it by the walls of the nozzle.
Experience has shown that this method is quite slow, owing to the resistance, a mechanism which opposes the passage of the coagulating material through the expulsion nozzle.
However, by applying the process according to the invention to this method, this difficulty is overcome and the aforementioned method becomes quickly applicable and therefore constitutes, from all points of view, a practical industrial process.
It must be understood, however, that the invention is in no way limited to its application to the methods of manufacturing by upsetting and that it
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is of quite general applicability, as will appear from the remainder of the description.
It has been found that when a thin cord of unvulcanized rubber is properly tensioned, this cord can elongate, without breaking up to several times its original length, and provided that the rubber mixture of which it is composed is of sufficient homogeneity, the rope will retain its original cross-sectional shape over its entire elongated length, except in general, in the immediate vicinity of those extreme points where tension is applied.
It is therefore possible, as will be seen, by proceeding in accordance with the present invention, to very easily manufacture a wire, a cord, a strip or a tube in long unbroken lengths, since it is relatively easy to produce. in general, for example, by means of the delivery method mentioned above,
to produce mother lengths having a cross section several times that of the wire, or the like, to be worked and, when such mother lengths have been formed, it remains only to stretch them, according to according to the invention, in a suitable quantity before the vulcanization phase or the various finishing operations of the usual technique.
In application to said known upsetting method, the advantage of direct saving of time in the production of yarn, rope or the like or, in other words, is obtained.
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of a 'direct' acceleration of the method. In addition, in the case of the push-back method, we have the additional advantage that,
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thanks to the greater orifice width of the delivery tube, it is possible to obtain a mother length, and therefore also a stretched length, of greater regularity of shape and section than with the only known method of direct expulsion of product lengths with their final section.
The invention is also applicable to the known method of producing rubber yarn and strip, whereby a mother length of unvulcanized rubber obtained from latex while it still contains a substantial proportion of water. is cut continuously, under a series of spaced cutters, which divide the sheet into strands or strips, which are then vulcanized.
In this case, it will also be possible, thanks to the invention, to use mother tapes of greater section than before, starting from a mother sheet of greater thickness and stretching the threads, a times cut, until the desired section is reached, as described above.
It will be noted, therefore, that, as already stated, the invention is capable of very wide applications, that is to say, that its applications are independent of the members or of the process by means of which the lengths -mothers have been produced, provided, of course, that said mother lengths can be treated by the stretching process which is the characteristic of the invention.
By this process, it is possible to obtain yarns or bands having sections smaller than those of the corresponding mother lengths, up to the point where the degree of uniformity of the composition permits. of rubber of which are
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formed the mother lengths.
The necessary degree of extension of the mother length will, of course, depend on the area of its section relative to the section area desired for the yarn or the like to be produced. The elongation to which the mother lengths can be subjected in a single stretching operation will depend on a number of factors, among which, as will be appreciated, the nature of the rubber mixture from which are determine the mother lengths, the degree of plasticity of said mixture, the percentage of water contained in the yarn and, finally, the temperature at which the drawing will take place.
In the case of rubber yarn produced from a homogeneous rubber-rich mixture, whether such yarn was produced from a calender mixture, or from an unvulcanized rubber mother sheet obtained from the latex or from an analogous dispersion of rubber in water, said sheet being cut into threads while it still contains a substantial proportion of water, or the thread has been produced by the method of upsetting with heat coagulation mentioned above, it is easily possible to obtain in a single drawing operation an extension of the mother length, from which the yarn is drawn, equal to 800 to 900% of the original length.
In this connection, it should be added that it has been found convenient and, in general, more suitable, to limit the elongation obtained in any stretching operation to a value not exceeding half of the elongation at break of the mother-length.
In addition, it has been found that under suitable conditions of safety and convenience
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the maximum stretching of a mother length, in accordance with the invention, can be very appreciably increased if the stretching operation takes place in successive stages, the partially stretched lengths being between each stretching stage and the following, subjected to an application of heat, for example, by immersion in hot water. This application of heat to the partially stretched length of rubber has the effect of fixing the elongation already obtained, as described above, and also making the rubber susceptible to a further stretching operation.
In some cases, that is, in those where the rubber thread remains sufficiently firm, at the elevated temperature of a heating bath as mentioned for fixing the extension of the thread partially stretched, so that there is no appreciable surface deformation during windings and successive unwinding, it is possible to stretch and heat simultaneously: the stretching operation will be carried out, the wire .nt immersed in a bath brought to the necessary temperature, instead of interposing a separate heating phase between successive drawing phases.
The invention further comprises a method of performing the operation of stretching the mother length of rubber, which consists in causing said mother length to be continuously fed on a supply drum rotating at a peripheral speed. equal to the speed of formation and flow of the mother length, to be wound on said drum the mother length cut out, to be made
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feeding said mother length from the drum onto a second drum rotating at a peripheral speed exceeding that of the first by an amount proportional to the degree of stretch desired for the mother length.
This method of drawing the mother length can / of course be applied to the simultaneous production of several lengths whose mother lengths are cut to the periphery of a supply drum common to all and, from there , transmitted to a second also common taubour.
In addition, said method of drawing can conveniently be applied to the form of practice of the invention, in which the drawing takes place in several phases. In this case, there would be a series of successive drawing drums, the partially stretched lengths of rubber would be fed from one to the other of these drums successively and the different drums would rotate at peripheral speeds. gradually increasing.
In case. the yarn, or the like, is subjected, once drawn, to heat, in order to fix its elongation, either between the successive phases of drawing or in the final state of elongation, the yarn or the like. This can be fed by the stretching drum around a heating drum rotating at the same peripheral speed as the stretching drum. In the case of gradual stretching, the partially stretched length, once its elongation is fixed, may be fed by the heating drum for a second, third, or fourth phase.
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(as appropriate) on a supply drum which in turn feeds the yarn to the next draw drum in the series, and so on.
Alternatively, the drawn wire, or the like, can be fed by the heating roll onto a collector roll or, if there is to be vulcanization, it can be fed onto a vulcanization drum, driven, well. of course, rotating at the same peripheral speed as the heating rollers.
If desired, however, the arrangement can easily be made such that the draw drum (s) themselves constitute the heating drums. For example, the wire can be drawn in the state of immersion in hot water, the various drums of the apparatus rotating themselves in the state of partial or complete immersion in a hot water bath and the drawing drums each in turn serving as the feed drum for the next drawing drum.
The drums. heaters can, if desired, be arranged so as to impart through their own walls the necessary heat to the wire, or the like, wound thereon; for example, they can be hollow and heated inside by steam or other heating fluid, circulating through the drum.
The purely schematic drawings, appended by way of non-limiting examples of applications, will make it possible to better understand the improved process which is the subject of the invention.
Figures 1 and 2 show, the first in side elevation, the second in plan, a supply drum 1, receiving at its
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periphery, a mother length 2 of rubber which, after one turn around the drum 1, as shown in FIG. 2, is supplied by the latter to the drawing drum 3, at the periphery of which the rotation winds it.
These drums 1, 3, can be of any material, for example iron or aluminum, and of any desired size, depending on convenience or operational requirements. For example, in the case of the manufacture of rubber wire, the two drums can both be 5-6 cm in diameter., The drawing drum 3 can rotate at a speed three times that of the supply drum. 1, and therefore triples the flow rate of the mother length 2 and the two drums 1, 3 can be spaced, about 20 cm., Between axes.
The mother length 2 is fed loosely on the surface of the supply drum 1, in order to prevent it from being stretched further and it remains in this non-stretching state as long as it is on the surface of the drum of procurement.
However, as the drawing drum 3 rotates at a peripheral speed greater than that of the supply drum 1, the length of rubber, during its passage from the surface of the drum 1 to that of the drum 3 undergoes an elongation and a reduction. corresponding reduction in section, to a degree proportional to the ratio of said peripheral speeds. If, as indicated, this ratio is 3 to 1, the elongation of the wire will be 300% and its cross-sectional area will be reduced by 2/3, but this, as indicated above, without change of shape.
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of its section. Therefore, if, for example, the number of the mother wire is 24, that of the drawn wire saw about 42.
The supply and take-off drums 1, 3 may, if desired, be coated with vulcanized rubber covered with lacquer or the like which, when dry, can prevent slipping. lengths of rubber wound on it, more particularly in the vicinity of the points of tangency 4, where the drawn yarn is debited or admitted to the surface of the drum. Either the drums, particularly if they are made of aluminum, can be wetted with eu to cause the mentioned anti-slip effect, or else the rubber mother length itself may be wetted with water. water for the same purpose.
When the drawing drum 3 is full, that is to say when its surface is covered with drawn wire, it is withdrawn as a block from its bearings, with the wire wound up therein, and it is immersed in water , boiling for a short time, to practically fix the elongation of the wire, as previously explained.
The drawing drum 3 may advantageously be provided with guiding members for the thread, as it arrives on the drum, in order to avoid the overlapping of the turns on the surface of the drum.
If desired or necessary, the drawn yarn, of fixed elongation, may then be subjected to a further drawing operation, or to a series of such additional drawing operations. . By this means, it is easily
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possible to obtain, from a mother yarn of number 24, for example, a final yarn of the numbers 72, 124, 216, or even more. Moreover, it is clear that by suitably varying the number of the initial parent length, or by varying the ratio of the peripheral speeds of the drawing and supplying drums, or by both methods at the same time, virtually any number desired for the final product can be obtained.
The fully drawn yarn must now be vulcanized and, for this purpose, it can be wound directly from the drawing drum onto a vulcanization drum, where it is subjected to the heat necessary for its vulcanization.
Figures 3 and 4 of the drawings show by way of example, in side elevation and in plan, an apparatus arranged in accordance with the invention, for carrying out the above-mentioned method of stretching lengths of rubber .
The mother length of rubber is cut, as before, in a loose, or unstretched state, over the surface of a supply drum 1, rotating at a peripheral speed equal to the flow speed of the material. The mother length wraps once around the supply drum 1, and from there it is cut to the surface of a first drum. drawing 5, of diameter equal to that of the supply drum 1, but rotating, for example, three times faster.
The partially stretched length of rubber then winds, for example once around the drum 3, as shown, and from the point of tangency 4 it is fed to the surface of an immersion drum 6,
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larger, which rotates at a peripheral speed equal to that of the reciter stretching drum 5 and has the function of immersing the partially stretched length of material in a bath 7 of hot water.
The effect of the heat of this bath is to practically fix the elongation of the partially stretched yarn in place around drum 6. From tangent point 4 to drum 6, the elongated length of rubber passes to a supply drum. of second phase 3, of the same diameter as the first phase supply drum 5 and rotating at the same peripheral speed as the latter.
From the surface of the drum 8, the partially drawn yarn is fed onto a second phase drawing drum 9, again of a diameter equal to the drawing drum of the first stage 5, but rotating, for example, at a peripheral speed. three times. This second phase drawing drum will therefore further lengthen the yarn, and the latter, once extended, will pass to a second phase heating drum 10, of the same diameter as the drum 6, but rotating at an equal peripheral speed. to that of the second phase draw drum.
Therefore, assuming that there are still one or more phases to go through during the drawing operation, the partially drawn yarn, or the like, will be fed by the second phase heating drum 10 to the surface. a third stage supply drum 11, still rotating at the same peripheral speed as the second stage stretching drum, thence on a third stage stretching drum, then on a heating drum, third phase and either on a collecting drum for the entire
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drawn yarn, or on a fourth stage supply drum, for one or more additional drawing stages.
In the case described above, where the stretching of the wire takes place, the latter being kept immersed in a hot bath, the apparatus, it will be understood, only comprises a series of drums. drawing rotating around axes parallel to each other, immersed in the hot bath, the peripheral speed of each drum being a multiple of that of the drum which precedes it in the series. The combination also includes :, of course, a supply drum which feeds the initial lead length onto the first of the draw drums.
The temperature and duration of the heating phase for setting the elongation of the unvulcanized wire or the like will generally vary with the nature of the rubber employed.
In the case of a normal mixture with a high content of caputchouc, a few seconds at the boiling temperature of the water will suffice to set, for example, a 3 to 1 elongation of the rubber thread. If, however, lower temperature water is used, a corresponding extension of the immersion time will be necessary.
As mentioned previously, the improved process according to the invention is applicable to the manufacture of threads, cords or the like from either mixtures of rubber composed of rubber already manufactured, or of dispersions of rubber in water, or of mixtures of both. In the latter case, the process of the invention can be applied either to the freshly produced product.
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coagulated, that is to say before its dehydration, or in any other phase preceding the vulcanization of the material.
On the other hand, if a vulcanized rubber dispersion is used, for example, vulcanized rubber latex, it is generally necessary that the dehydration of the material be postponed until the completion of the stretching operation. that is, the rubber conglomerate from which the yarn material is made must, until completion of the drawing operation, substantially retain the lowest water content.
It has been found that the process according to the invention is applicable in a very special way to mother lengths of rubber produced by the method, now well known, of heat deposition, described in the French patent. n 651,634 of January 27, 1923, to its addition n 36,738 of March 5, 1929 and to French patents n 656,473 of June 26, 1928 and n 712,737 of March 6, 1931.
In the case where the mother length of rubber is formed by upsetting using the mentioned method of heat deposition, said length may, with certain mixtures, remain sufficiently plastic, when it leaves the discharge nozzle, to be able to undergo a first stretching operation by direct winding on a drum rotating at a peripheral speed greater than the delivery speed of the rubber, and this, without interposing a heat-fixing phase between this first stretching phase and the second, but with the interposition of a heat fixing phase between all the stretching
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subsequent to the desired degree of elongation.
The ability to operate in this particular manner depends on the quality of the rubber constituting the mother length and the nature and amount of heat sensitizing agents originally present in the upset latex mixture.
In order to provide a better understanding of the invention, some examples of its application will be given below, without limitation: EXAMPLE I.
An unvulcanized rubber wire with a square section of 2mm. side, held using one of the usual methods from a rubber sheet, itself obtained, for example by calendering a rubber mixture of the following composition (parts indicated in weight):
Rubber ......... 100 Accelerator ....... 1
Sulfur 7 was passed through an apparatus according to the description above. Five stretches of the mother sheet are thus obtained, each in the ratio of 1 to 3 with the interposition of a heating phase, in hot water between the successive stretches.
After the first drawing, the wire had a section of 1.15 mm. from the side, after the second, the section side was 0.67 mm, after the 3rd,
4th, 5th aspect ratio, the side of the section (which had remained square) measured, respectively 0.38mm.
0.22 mm. and 0.128 mm. We got it. thus a final thread of number 198, which could be vulcanized and finished by one of the usual methods.
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EXE @ PLE II
A mother length of rubber, produced by upsetting from a latex mixture of the following composition (parts given by weight): Rubber (of latex having a content of
60% dry rubber) ¯ ...... 120 Magnesium sulphate ..................... 3 Ammonium sulphate- ...... ...'.............. 3 Accelerator ............................. 1 , 2 Sulfur 7 Zinc oxide ............'............,, .. 0.7 by means of the above described heat deposition process to French Patent No. 651-684, of January 27, 1928, was passed through an apparatus as described above, said mother length being in the unvulcanized state and still containing all or a substantial part of the water of initial dispersion.
The discharge nozzle by which the mother length was produced had an inner section of the diameter necessary to produce a wire which, after drying, would have had a diameter of 1.5 mm.
After the first three stages of stretching the mother length, the diameter was reduced to 0.866 mm; 0.500 mm. and 0.288 mm. (which corresponds to the section of a square wire of n 100) respectively and after the next two (and last) phases the wire diameter was 0.167 and 0.096 nm. (corresponding to a square wire of n 298) respectively. The diameter measured in each case was that of the wire in the dry state.
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EXAMPLE III
A mother length of rubber, similar in composition and method of formation to those given in Example II, was stretched after drying to obtain the yarn numbers mentioned in said example, using apparatus such as as described and shown in the drawings, carried out by simultaneously carrying out the stretching and heating of the length of rubber, the stretching taking place in a boiling water bath.
EXE PLE IV. A mother length of rubber, cut from a sheet of latex rubber with uniform but abundant water distribution, obtained in accordance with the process described in French Patent No. 740,860 of August 3, 1932, was stretched, this time. again until the yarn numbers mentioned in Example II are obtained and, as in the case of Example III, the yarn being kept submerged in hot water during the drawing operations.
It should be understood that the above description, the accompanying drawings and the examples ,. are given only to illustrate the object of the invention, the latter being susceptible, without compromising the spirit of the invention, of numerous variants, in particular as regards the diuences and speeds of the various drums and the wire numbers mentioned, according to the needs of each case.